바이오매스로부터 생산되는 수송용 바이오연료는 온실가스 저감과 지속가능하고 친환경적으 로 석유제품을 대체할 수 있다. 수송용 바이오연료의 의무혼합과 보급 목표는 유럽연합, 미국 등의 많은 나라에서 발표하였고 정부의 정책에 의해 활성화되었다. 본 논문에서는 각국의 수송용 바이오연료 정책 과 품질기준에 대해 논하겠다. 유럽연합의 바이오연료는 온실가스를 저감하는 정책으로 이동하였다. 미 국은 RFS2 하에서 바이오연료의 품질기준을 설정하였고 연방 및 주 정부 수준에서 바이오연료를 촉진 하는 정책을 펴고 있다. 한국은 휘발유에 산소 함량 기준으로 2.3%를 산화물로 허용하고 있으며 바이오 디젤은 2015년 7월 31일부터 B2.5로 의무혼합하고 있다.

신재생에너지 공급 의무화제도(Renewable Portfolio Standard(RPS))가 시행됨에 따라, 발전 사업자들은 의무공급량 이행을 위해 발전용 바이오중유를 사용하고 있다. 본 연구에서는 발전용 바이오 중유의 원료물질별 물성과 원료 조성에 따른 발전용 바이오중유의 품질특성을 알아보았다. 발전용 바이 오중유와 원료유지의 연료특성은 전산가, 동점도, 금속분 등 고시 상 품질기준 항목을 분석하였으며, 적 외선 분광광도계와 고성능 액체크로마토그래피를 이용하여 조성분포를 분석하였다. 팜유계열의 저가의 고산가 유지는 유리지방산 함량이 높아 전산가가 높고, 금속분에 의한 회분함량이 높았으며, 바이오디젤 공정부산물은 점도가 높았다. 동점도, 전산가, 금속분과 같은 발전용 바이오중유의 연료특성은 원료물질 의 조성 및 혼합비와 관련이 깊다.

전 세계적으로 에너지원 다양화 및 온실가스 저감을 위한 다양한 신재생에너지 보급활성화 정책이 추진되고 있다. 국내에서도 500MW 이상의 발전설비를 보유한 발전사업자에게 신재생에너지 공급 의무화제도(Renewable Portfolio Standard(RPS))를 시행중이다. 발전사업자들은 의무공급량 이행을 위해 발전용 바이오중유를 사용하고 있다. 발전용 바이오중유란 동 식물성 유지, 지방산에스테르 및 그들의 혼합물로서 동점도, 유동점, 전산가 등의 품질특성을 만족해야 한다. 발전용 바이오중유는 원료물질에 의해 품질특성이 결정되었고, 중유와의 혼합비율이 증가할수록 유동점, 밀도, 황분 및 동점도는 감소하고 전산가, 요오드가, 산소함량은 증가하였다. 본 연구에서는 중유 대체연료로서의 발전용 바이오중유의 품질특성과 C 중유에 혼합 시, 혼합비율에 따른 물성 변화에 대해 검토하였다.

미국과 유럽 등지에서는 자동차용 경유의 방향족 함량이 대기 환경오염의 원인물질로 추정하고 있다. 경유의 총 방향족 및 다고리 방향족 함량 감소가 환경 유해배출가스 HC, NOx, PM 등을 감소시키기 때문이다. 국내에서도 급변하고 있는 차량기술 및 연료품질간의 상관성 규명이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 실정에 맞는 차량과 연료간의 상호작용에 의하여 발생될 수 있는 환경적 영향평가를 진행하였으며 대상으로는 2.2L급 국내 대표 차량 2종(DPF 유 무)과 국내 정제기술로 생산된 5종의 연료를 통하여 경유의 방향족 함량에 따른 배출가스 특성을 분석하였다.

국내 자동차용 경유에 혼합하여 유통 중인 바이오디젤은 물리적인 관점에서 기존 석유계 경유와 동점도, 밀도 등의 물성값이 유사하고 세탄가가 높은 장점이 있다. 또한 환경적인 측면에서는 기존의 석유유통 인프라 개조 및 변경없이 사용가능하다는 점과 함산소 연료로서 디젤기관에서의 연소성이 좋고 유해 배출가스 저감효과가 있으며 생분해성도 높아 환경오염이 적어 자동차용 경유 대체연료로 각광받고 있다. 그러나, 기존 식용계 작물을 원료로 하고 있다는 점에서 단점으로 지적되는 바이오디젤 대신 단위면적당 CO2 흡수율이 높고 빠른 성장 속도가 장점으로 거론되는 미세조류의 활용에 대한 연구가 대두되고 있다. 본 연구에서는 미세조류 중 Dunaliella tertiolecta 종을 이용하여 생산한 바이오디젤의 전환율을 연구하기위해 기존에 사용되고 있는 GC-FID분석방법의 문제점에 대해 조사하고 TOF-MS 장비를 통한 개별 지방산 메틸에스테르의 성분을 검토하였다.

최근 바이오디젤의 보급 활성화에 정책에 따라 석유제품에 바이오디젤 혼합량이 증가되고 있으며, 이러한 혼합량 증가에 따른 겨울철 저온특성과 산화안정성에 대한 문제가 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오디젤 혼합연료에 대하여 실제 저장환경을 모사하고, 저장 중 품질변화를 평가하여 저장환경별 산화 경향과 품질에 미치는 영향 등의 규명을 통해 산화 제품의 품질관리 방안을 제시하였다. 바이오디젤 혼합연료의 산화열화 평가 결과, 직접적인 햇빛 노출 및 대기노출이 없는 저장용기에서는 여름철 약 18주간은 산화에 의한 특별한 품질저하는 없었지만, PE 재질 플라스틱 용기의 경우 약 2주간의 햇빛노출에 급격한 산화가 일어나 품질저하를 초래하였다. 이러한 현상을 일부 품질변화뿐만 아니라 FT-IR 스펙트럼 변화로도 확인 할수 있었다. 하지만 산화가 상당히 진행된 연료라도 품질기준을 모두 만족하여 품질검사 항목만으로는 특별한 현상을 발견할 수 없었다. 즉, 품질기준을 만족하더라도 산화로 인한 산화 생성물(고분자물질, 유기산 등)에 의해 차량 문제를 유발할 수 있는 충분한 여지가 있었다.

바이오디젤은 식물성유지, 동물성유지 그리고 폐식용유를 전이에스테르화 반응을 시켜 만들어진 것으로 경유를 대체할 수 있는 연료이다. 본 연구에서는 다양한 원료의 식물성유지 (대두유, 폐식용유, 유채유, 면실유, 팜유)로부터 얻어진 바이오디젤의 연료 특성을 알아보았다. 다양한 식물성유지 원료로부터 얻어진 바이오디젤은 지방산메틸에스테르 함량, 동점도, 인화점, 필터막힘점, 글리세린 함량을 분석하였다. 바이오디젤의 품질기준과 시험방법은 한국 표준과 유럽 표준인 EN14214에 따라 시험하였다. 대두유, 폐식용유, 유채유, 면실유 바이오디젤은 불포화지방산이 많이 포함되어 있는 반면에 팜유 바이오디젤은 포화지방산이 많이 함유되어 있다. 저온특성, 동점도, 산화안정도와 같은 바이오디젤의 연료 특성은 지방산메틸에스테르의 구성 성분과 관련이 깊다.

최근 국가 온실가스 저감 목표인 BAU 대비 37%의 이행과 및 에너지원 다양화 측면에서 신재생에너지 보급활성화를 위한 다양한 정책이 발표되고 있으며, 이중 수송부문 신재생에너지연료의 보급 활성화를 위한 혼합의 무화제도(RFS)가 2015년 7월 31일부터 시행되었다. 본 제도의 유일한 이행 수단으로서 바이오디젤이 경유에 혼합의무화 되어 확대보급 될 전망이다. 하지만 대부분의 바이오디젤의 원료가 수입 팜유에 의존하고 있고, 유일한 국산원료인 폐식용유는 수거한계에 달한 상황이며, 바이오디젤 가격 또한 경유 가격에 비해 고가로 가격 경쟁력이 열악한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 저가의 안정적 원료수급이 가능한 국내외 잠재원료에 대해 조사･선별하고 확보 가능량에 대해서 추정해 보았다. 또한 각 원료물질에 대한 유통구조 및 활용기술에 대해서도 조사하였다. 그 결과 국산 원료로서는 기존 폐식용유와 동물성유지 외에 식당폐유, 음식물 처리과정에서 추출된 유분 등이 추가로 조사 되었으며, 국외 원료로서는 팜유 추출 폐유인 팜 슬러지오일 등이 잠재 바이오디젤 원료로 선별 되었다. 또한 국내 유채유 및 미세조류 등도 중장기 원료로서 조사 하였다. 각 원료의 유통경로는 대부분 국산의 경유 기존 폐식용유와 동물성유지의 유통경로에 의존하고 있었고, 저급의 원료이다 보니 전처리 및 바이오디젤 전환기술개발이 필요한 실정이었다.

최근 신재생에너지 혼합의무화제도인 RPS제도가 2012년부터 시행됨에 따라 의무이행을 위한 태양광, 풍력, 연료전지 등 다양한 신재생에너지의 보급 활성화 추세이다. 하지만 인프라 구축 초기비용 및 민원 등으로 인해 많은 제약이 따라 의무이행에 어려움을 겪고 있다. 이에 최근 국내 기존 중유 발전설비 인프라의 활용이 가능한 중유 대체 바이오연료인 바이오중유의 상용화를 위한 종합적인 연구가 ‘14년 1월부터 수행되고 있다. 이 연구 사업에는 ｢석유 및 석유대체연료사업법｣의 고시에 의한 시범보급사업을 포함하고 있다. 바이오중유는 중유대체연료로서 가격경쟁력 확보를 위하여 저렴한 바이오디젤 생산 공정 및 식용오일 추출 공정 부산물, 팜유 생산 부산물, 동물성유지 등을 혼합 사용하고 있으며, 현재 15개사가 바이오중유 생산업자로 등록되어 있으며, 4개 발전사 및 지역난방공사가 발전사업자로 참여하고 있다. 본 연구에서는 이러한 바이오중유의 안정적인 보급을 위해 성능, 안전, 환경 등을 감안한 품질기준에 대한 검토사항과 최근 이슈되고 있는 바이오중유의 품질기준 항목(동점도, 금속함량, 유동점 등)에 대해 다루고자 한다.