화석연료로부터 기인한 환경오염에 대한 대응과 더불어 신재생에너지 공급의무화제도의 시행은 재생연료유 등 신재생에너지의 활용도를 증대시켰다. 부생연료유(2호)와 정제연료유(감압)는 국내 법령으로 엄격히 규제되고 있으며, 부생연료유(2호)를 혼합한 정제연료유(감압)의 물성변화를 시험하였다. 부생연료유(2호)를 1 : 1로 혼합한 정제연료유(감압)의 물성분석 결과, 국내 폐기물관리법에서 규정하고 있는 품질기준을 만족하였다. 다만, 연료와 관련한 추가항목 시험결과에서 높은 방향족 함량을 나타내었다. 연료내 높은 방향족 함량은 사용기기의 고무류 파손이나 연소 시 그을음, 매연 등이 발생할 가능성이 높을 것으로 보인다.

항공유는 문제가 발생 시 대형사고로 이어질 수 있기 때문에 다른 수송용 연료보다 더 엄격히 관리되고 있다. 항공유의 품질기준은 국내의 한국산업표준(KS), 미국재료협회(ASTM)와 국제운송협회(IATA)에서 각각 규정하고 있다. 2016년부터 2017년까지 국내 정유사의 5개 공장에서 생산되는 항공유에 대하여 방향족 함량, 황 함량 및 증류성상 등 6개 항목에 대하여 품질분석을 실시하였다. 국내에서 생산된 항공유는 품질기준에 적합한 것으로 나타났으며, 연간 일정하게 유지되고 있었다. 국제기준인 ASTM과 IATA의 품질기준과 비교했을 때, 방향족 함량은 국내 KS 기준이 ASTM 및 IATA 설정기준보다 1.5 wt% 엄격하게 설정되어 있으나 이 기준을 충분히 만족시키는 것으로 나타났다. 또한, 황 함량, 증류성상 및 인화점 등 나머지 항목들도 국내와 국제기준을 모두 충족하는 것으로 나타났다.

대기오염에 대한 관심이 증대하면서 대기오염물질의 저감에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 차량용 요소수(Urea solution)를 이용한 디젤 차량의 질소산화물(NOx) 제거는 큰 효과를 나타내고 있다. 요소수의 품질은 국내법으로 엄격히 규정하고 있으나 요소수 내 불순물의 증대는 질소산화물 저감 효과를 감소시키게 된다. 따라서 본 연구에서는 일정 온도와 시간동안 요소수를 가열한 후 요소수의 물성변화를 분석하였다. 또한, 요소수를 보관하는 저장용기와 저장온도의 변화에 따른 요소수 물성변화도 함께 분석하였다. 요소수를 일정시간 가열한 후 요소수 내 뷰렛함량은 증가하고 요소함량은 감소하였으며, 요소함량 감소에 따라 밀도와 굴절률도 함께 감소하였다. 철제 및 PET 용기와 일정온도(30 ℃, 50℃)에서 실시한 저장안정성 시험에서는 물성변화가 나타나지 않았다.

항공터빈유는 등유 기반의 석유제품에 산화 방지제(Antioxidant), 빙결 방지제(Fuel system icing inhibitor, FSII), 전기전도도 향상제(Electrical conductivity improver) 등의 첨가제를 첨가하여 항공기 연료로서 필요한 성능 향상 및 보관이나 이송 등에 관한 특정한 능력을 부여시키고 있다. 이들 첨가제는 항공터빈유의 품질에 이상이 발생하거나 다른 석유제품과 구별하기 위하여 그 첨가량을 정성 및 정량적으로 분석할 수 있어야 한다. 항공터빈유는 수많은 탄화수소 화합물로 구성된 복잡한 화합물이기 때문에 미량으로 첨가된 산화 방지제와 빙결 방지제를 분석하기 위하여 Multi-dimensional GC-MS (MDGC-MS)의 Deans switching 기술을 적용하였다. 2.5 - 20 mg/L 농도 범위의 산화 방지제와 빙결 방지제를 MDGC-MS로 정량 및 정성적으로 분석할 수 있었으며, 검출 한계는 1-dimensional GC-MS의 분석 결과와 비교하여 약 2배 정도 낮았다. 본 연구에서 개발된 시험 방법은 기존의 GC-MS보다 첨가제 피크의 분리능이 더 우수하였으며, 시료의 전처리가 필요없이 두 가지 첨가제를 동시에 분석할 수 있었다.

세탄가는 경유의 품질기준 중 하나로써 디젤엔진에 사용되는 경유 연료의 착화성을 평가하는 항목이다. 세탄가 기준은 현재 자동차용 경유 기준으로 52 이상이며, 일반적으로 세탄가가 높으면 시동성이 좋고 운전이 원활해지나 지나치게 높으면 연소가 불균일해져 매연의 원인이 되고 연료소비량이 증가한다. 현재 국내의 품질시험방법에 규정되어있는 세탄가 측정방법은 CFR엔진을 이용한 세탄가분석, 경유의 밀도와 증류유출온도를 통하여 세탄가를 산출하는 세탄지수, CFR엔진의 단점을 보완하여 고온에서 연료의 연소되는 시간을 통해 세탄가를 측정하는 유도세탄가 등이 있다. 본 연구는 이러한 세탄가를 정유사별, 하·동절기별 시료를 확보하고 이를 분석하여 다양한 인자들에 의한 세탄가 측정방법의 상관관계에 대하여 분석하였다. 이를 통하여 세탄가, 유도세탄가, 세탄지수 순으로 세탄가가 높게 측정 되는 것을 확인하였고, 이를 통하여, 현재 편의성을 이유로 많이 사용되는 세탄지수로 인하여 세탄가 품질미달이 발생할 수 있기 때문에 이에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 보인다.

연료유로 사용되는 석유제품은 각각의 품질기준, 등급, 사용용도에 따라 여러 종류가 있다. 국가 별로 유류에 세금을 부과하는 정도에 따라 동일한 석유제품이라 하더라도 가격차이가 발생한다. 가격이 저렴한 비과세의 석유제품을 상대적으로 고가인 수송용 연료에 불법적으로 혼합하는 행위로 인하여 탈세, 환경오염, 차량고장 등의 문제가 발생한다. 이러한 석유제품간 불법 혼합을 방지하기 위해 특정 석유제품에 미량의 식별제(Marker)를 법적으로 첨가하고 있다. 국내에서는 가정용 및 상업용 연료로 사용되는 등유를 자동차용 경유에 불법적으로 혼합하는 행위를 방지하기 위하여 식별제를 도입하여 사용하고 있으며, UV-Vis 분광광도계나 HPLC를 이용하여 식별제 함량을 정량적으로 분석하고 있다. 본 연구에서는 기존에 식별제 함량 분석을 위해 발색제를 첨가하거나 시료를 전처리하는 조작없이 GC-MS로 석유제품에 첨가된 식별제를 정성적 및 정량적으로 분석하는 방법을 개발하였다.

액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas)를 연료(Fuel)로 하는 차량의 실제 운행단계에서 시동 꺼짐 현상 등이 발생한다는 소비자 민원이 접수 된 바 있으며, 최근 유통과정에서 녹 등의 이물질로 인한 소비자 피해 가능성이 제기되어 LPG 잔류물질(Residue) 항목에 대한 관리 필요성이 대두되었다. 본 연구에서는 LPG 국내생산 및 수입사 제품과 실제로 유통되고 있는 LPG의 잔류물질 특성을 연구하였다. LPG 잔류물질을 GC-MS를 사용하여 정성분석을 하였고, ICP-OES를 이용하여 무기물 성분을 분석하였다. GC-MS 분석결과 고무 제조공정을 용이하게 하기 위해 고무에 소량 배합하는 가소제(Plasticizer) 등이 분석되었다. 또한 ICP-OES를 이용한 무기물 분석결과 주로 LPG 생산 시 사용되는 소포제 등에서 유래된 것으로 추정되는 Si와 충전시설 등에 사용되는 그리스 첨가제 성분 등으로 추정되는 P와 Zn도 일부 검출되었다. 본 연구에서 분석된 LPG 잔류물질에 대해서는 녹 등을 유발할 수 있는 성분이 검출되지 않았지만 가소제 및 그리스 첨가제 성분이 LPG 연료계통에 영향을 줄 수 있으므로 적정품질의 고무류 사용과 저비점 그리스 첨가제 사용 확대가 필요할 것으로 보인다.

자동차용 엔진오일은 특성향상을 목적으로 꾸준히 발전되어 왔으며 특히, 극악조건에서 사용되는 엔진오일의 경우, 보다 높은 효과를 발휘하기 위하여 다양한 연구가 진행되어 왔다. 하지만 경제적 측면에서 윤활기유의 개발에는 한계가 있었으며 이를 보완하기 위한 방안으로 다양한 첨가제가 개발 되어왔다. 하지만 무차별적인 첨가제 사용은 환경적 측면에 많은 문제점을 발생시켰으며 이를 제도화하기 위하여 국가별 품질기준을 제정하였다. 따라서 국내 자동차용 엔진오일의 물리·화학적 특성 분석을 통하여 다양한 환경적 영향성을 검토하고자 한다.

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.

본 논문에서는 바이오매스로부터 급속열분해를 통해 난방용, 발전용 및 수송용 연료로 사용하 기 위해 바이오오일을 생산하는 기술개발 현황을 나타내었다. 바이오매스를 작은 규모의 액체연료로 전 환하기 위해 가장 효율적인 방법 중 하나는 급속열분해이다. 급속열분해를 통한 바이오오일은 450 ℃ ~ 600 ℃ 온도에서 바이오매스가 신속히 열분해 되어 증기 급냉를 위해 외부 산소가 없는 조건에서 생산 된다. 이 바이오오일은 최초 건조 바이오매스 기준 최대 75 무게%까지 생산할 수 있지만, 일반적으로 60-75 무게% 수준이 적합하다. 본 연구에서는 바이오매스의 원료특성, 바이오오일 생산원리, 바이오오 일의 특성 및 활용분야에 대한 최근의 개발현황을 살펴보았다.

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.

바이오디젤은 세계 화석연료의 흐름을 변화시킬 수 있는 환경 친화적 대체물질로 관심의 대상이 되고 있으며 대체연료 외에도 다양한 분야에서 수많은 응용 연구가 진행되고 있다. 최근에는 원유의 정제로부터 얻어진 석유제품을 대체하려는 다양한 움직임이 활발하게 진행되고 있다. 그 중 윤활기유로서의 식물성 오일은 급속도로 발전된 석유산업으로 인해 상용화 되지 못했던 오일로 관심의 대상이 되고 있으며 자연친화적 생분해성과 무독성, 윤활유로서의 낮은 휘발성과 우수한 계면윤활 등 대체 오일로써 충분한 가능성을 지니고 있다. 하지만 우수한 윤활 및 마모성능에도 불구하고 윤활연구에 넓게 활용되지 못했던 이유 중에는 지방산메틸에스테르가 갖는 열악한 산화안정성(oxidation stability) 및 열화안정도(thermal stability) 때문으로 보고되고 있다. 따라서 바이오디젤을 윤활기유 내 일정비율로 혼합하여 윤활성능 및 산화안정성의 변화를 확인하였으며 사구식 내마모 성능시험 후 발생되는 산화 및 열화현상을 알아보았다. 또한 산화에 따른 혼합 오일의 윤활특성 변화를 분석하였으며 이러한 결과를 바탕으로 윤활유 또는 윤활 향상제로서의 가능성을 살펴보았다.

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.

하수 슬러지로부터 추출된 유지를 이용하여 바이오디젤 생산에 대해 고찰하였다. 바이오디젤 생산의 밝은 전망에도 불구하고, 이를 상용화하기 위한 노력은 매우 제한되어 있다. 주요 장애물 중 하나는 전체 생산비용의 약 70~75%를 구성하는 정제 유지의 공급 원료와 연관된 높은 가격이다. 따라서 이를 극복하기 위하여 폐유나 낮은 품질 유지 등의 저가 원료를 사용하여 바이오디젤의 생산 비용을 낮추는 기술이 제안되어 왔다. 이런 측면에서 하수 슬러지로부터 추출된 유지는 비교적 저렴하여 유망한 원료로 평가받고 있다. 본 연구에서는 하수 슬러지로부터 추출된 유지를 이용한 바이오디젤의 생산기술을 검토하였다. 하수 슬러지로부터 유지 추출공정 및 에스테르화 전환공정 및 무촉매 열화학 전환공정을 살펴보았다.

Sulfur content of diesel fuel has been cut down to under 10 ppm ULSD (ultra low sulfur diesel) level by environmental regulation with the aim of reducing exhaust emissions. This review discusses the methods and principles of sulfur reduction in diesel and presents an overview of new approaches for ultra-deep desulfurization. The deep HDS (hydrodesulfurization) problems of diesel streams is exacerbated by the inhibiting effect of co-existing aromatics, nitrogen compounds and H₂S. The new approaches to deep desulfurization includes non-HDS type processing schemes such as adsorptive, extractive and oxidative desulfurization.

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.

본 연구는 바이오매스에 기인한 에너지와 관련하여, 첨부된 문헌에 의하여 작성되었으며, 바이오에탄올, 바이오디젤 및 바이오가스에 대하여 본 논문을 작성하게 된 배경, 제조공정, 각국의 생산량, 시장현황, 규격 및 정책을 다루었다. 이 논문은 바이오 에너지와 관련하여 전반적인 지식과 장차 바람직한 방향을 모색하는 데에 도움을 줄 것이다. 바이오에너지는 신재생에너지로서 유용한 에너지이며, 다각도로 활용 방안을 모색하여야 한다. 결론에 현재의 상황을 고려하여 몇가지 방향을 제시하였다.

최근 정부는 국가 온실가스를 효율적으로 감축시켜 국제적인 기후변화에 대응하기 위하여 여러 부문에서 기술개발을 진행 중에 있다. 이를 달성하기 위하여 정부는 화석연료를 대체하고 이산화탄소를 감축시키는 수단으로 바이오연료를 저탄소와 탄소중립자원으로 검토하고 있는 실정이다. 일반적으로, 목질계로부터 생산된 2세대 바이오연료는 수송부문에서 기존 화석연료를 대체하고 온실가스를 감축하는데 큰 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 정부는 목질계 기반 바이오매스 액화연료(biomass-to-liquid fuel)에 대해 파일럿 수준으로 기술개발 중에 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오매스액화연료 생산을 위한 동일공정으로 합성된 F-T(Fischer-Tropsch) 디젤의 연료적 특성을 연구하였다. 합성 F-T 디젤은 자동차용 경유에 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있는 장점으로 인해 자동차용 경유엔진에 사용될 수 있다. 그 이유는 합성 F-T 디젤이 자동차용 경유와 비슷한 물리적 특성을 가지기 때문이다. 본 연구에 사용된 F-T 디젤은 Fischer-Tropsch (F-T) 공정을 이용하여 저온(240℃)에서 철 촉매를 가지고 합성되었다. 합성 F-T 디젤은 n-파라핀과 iso-파라핀을 함유하고, 등유와 경유 성분을 가진 C12~C23+ 분포로 이루어졌다. 합성 F-T 디젤은 합성 F-T 연료부터 증류를 통해 분리된 합성 F-T 디젤은 자동차용 경유에 비해 세탄가가 높으며, 방향족화합물은 매우 낮고, 황함량는 초저황(sulfur free) 수준으로 평가되었다. 또한 합성 F-T 디젤은 자동차용 경유와 비교하여 황과 방향족 화합물의 함량이 낮기 때문에 윤활성이 열악함을 보였다.