지구온난화 및 대기오염 등 환경문제에 대한 관심이 대두되면서 국제해사기구의 선박 대기오염물질 배출 규제 및 협약이 채택 되었으며, 최근 국내에서는 항만지역 등 대기질의 개선에 관한 특별법안이 제정되어 미세먼지 발생량을 줄이고자 다방면으로 노력하고 있다. 이러한 미세먼지 저감대책의 일환으로 노후화된 연안선박의 디젤엔진을 미세먼지 및 배출가스가 없는 배터리 전기추진시스템으로 전환하는 것에 대한 타당성 조사가 활발히 진행되고 있다. 배터리 전기추진시스템은 연료의 연소로 인한 배기가스의 발생이 없으며, 신재 생에너지원의 적용이 용이하므로 유럽이나 미국과 같은 선진국에서는 수년전부터 신재생에너지를 적용한 배터리 전기추진시스템이 적용 된 소형연안여객선이 운항 중이나 국내에서는 전무하다. 따라서 본 연구에서는 국내 소형연안여객선을 대상선박으로 선정하여 태양광 발 전시스템이 연계된 배터리 전기추진선박의 적용 여부에 대해 시뮬레이션을 하였으며, 그에 따른 결과를 바탕으로 배터리 전기추진선박의 적용가능성을 확인하고자 한다.

해양산업분야에서는 극심한 대기오염으로 인하여 전기추진선박에 대한 관심이 높아지고 있다. 이로 인해 선내 전력품질의 저하를 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존 DFE 정류기의 입력전류 고조파 함유량을 완화시키기 위해 수동형필터, 노치필터, 능동형필터 등을 이용한 다양한 방법이 등장하였다. 그 중에서도 능동필터의 일종인 AFE(Active Front End) 정류장치가 우수한 기술로써 평가받고 있다. 본 논문에서는 공간벡터변조에 의한 AFE정류장치의 전류제어방식을 제안하였다. 기존의 히스테리시스 방식, 삼각파 변조 방식 및 공간벡터변조방식을 PSIM을 사용해 시뮬레이션을 수행하여 비교, 분석하였고, 그 결과 공간벡터변조방식이 구조가 간단하고 성능이 가장 우수함을 확인하였다.

비식용 원료인 Palm Acid Oil, 동물성 폐유지 등은 상대적으로 자유 지방산 함량이 높기 때문에 일반적인 염기 촉매를 이용한 전이에스테르화 반응에 적합하지 않다. 효소 촉매를 이용하면 염기 촉매에서 해결할 수 없는 몇 가지 문제를 해결할 수 있으며, 에너지 소비가 작고, 바이오디젤 부산물인 글리세롤 회수가 쉬우며, 자유 지방산 함량이 높은 트리글리세라이드에 대한 전이에스테르화 반응이 가능하다. 본 연구에서는 고정화 효소 촉매를 이용하여 1 ton/day 용량의 반응기에서 비식용 폐유지를 바이오디젤로 합성하였으며, 반응 공정의 변수를 최적화하였다.

바이오중유란 다양한 동·식물성 유지, 지방산 메틸에스테르, 지방산 에틸에스테르 및 그 부산물 을 혼합하여 제조된 제품이며, 국내 기력 중유발전기의 연료(B-C)로 사용되고 있다. 그러나 이러한 바이오 중유의 원료 조성 때문에 발전기의 보일러로 이송되는 연료펌프, 유량펌프, 인젝터 등의 연료 공급시스템 에서 마찰마모를 유발할 경우 심각한 피해를 초래 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 발전용 바이오중유의 다양한 원료들의 연료특성과 이에 따른 윤활성을 평가하고, 발전기의 마찰마모 저감을 위한 발전용 바이오 중유의 연료 구성 방안을 제시하였다. 발전용 바이오중유 원료물질의 윤활성(HFRR)은 평균 137 μm이며, 원료물질에 따라 차이가 있으나 60μm ~ 214 μm 분포를 보이고 있다. 이 중 윤활성이 좋은 순서는 Oleo pitch > BD pitch > CNSL > Animal fat > RBDPO > PAO > Dark oil > Food waste oil이다. 발전용 바이오중유의 원료 물질 3종으로 구성된 바이오중유 평가시료 5종에 대한 윤활성은 평균 151 μm이며, 101 μm ~ 185 μm 분포를 보이고 있다. 이 중 윤활성이 좋은 순서는 Fuel 1 > Fuel 3 > Fuel 4 > Fuel 2 > Fuel 5이다. 바이오중유 평가시료(평균 151 μm)는 C중유(128 μm) 대비 낮은 윤활성을 나타내었다. 이는 발전용 바이오중유가 지방산 물질로 구성되어 있어 C중유보다 파라핀, 방향족 성분 함량이 낮아 점도 가 낮고, 산가가 높기 때문에 산성 성분에 의한 윤활막 형성 저해에 따른 것으로 판단된다. 따라서, 적정 수준의 마찰마모 저감을 위해 윤활성을 증가 시킬 수 있는 바이오중유의 원료로서 Oleo pitch, BD pitch를 60% 이상 함유할 경우 연료 제조 시 윤활성 증가가 예상된다.

바이오항공유 제조 공정 내 수첨업그레이딩 공정의 운전조건 선정은 반응물로부터 얻고자 하는 주생성물인 탄화수소 화합물에 대하여 바이오항공유로서 원하는 탄소수 분포의 물성을 갖도록 하기 위한 중요한 인자이다. 본 연구에서는 식물성 오일 유래 노말 파라핀계 탄화수소 화합물에 대한 수첨 업그레이딩 반응이 0.5 wt.% Pt/Zeolite 촉매 하에서 수행되었으며, 이를 통해 크래킹 반응과 이성질화 반응이 동반됨으로써 바이오항공유로서 물성을 갖는 탄소수 분포인 C8-C16에 해당하는 노말 파라핀계와 이소 파라핀계가 혼합된 탄화수소류 화합물이 제조되었다. 반응온도, 반응압력, 반응물 몰비와 공간속도를 변화하여 얻어진 생성물의 수율 및 조성을 분석하였다. 상기 공정 조건에 대한 정보는 수첨 업그레이딩 반응특성의 이해뿐 아니라 향후 증류를 통한 바이오항공유 제조에 도움을 줄 수 있다.

본 연구에서는 자원내 포함된 역청의 경질화 과정에서 배출 및 회수되는 가스상 물질 및 고체상 물질을 활용하기 위한 기초 성상이 조사되었다. 이를 위하여 열분해 온도 별 역청성 오일의 전환에 대한 열분해반응 기초특성이 조사되었다. 또한 실험실 규모의 고정층 반응기를 이용하여 반응온도에 따른 가스 및 고체상 분산물의 특성을 조사하였다. 그 결과 550 ℃에서 약 17%의 오일 수율을 얻었으며, 부산물로는 CH4, CaCO3 및 CaO를 회수할 수 있음을 확인하였다.

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.

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 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.

Hydrotreated biodiesel(HBD) is paraffinic bio-based liquid, with the chemical structure CnH2n+2, originating from vegetable oil(the process can also be applied to animal fat). The oil or fat is treated in a number of process, the most important being hydrogenation, in order to create a bio-based liquid diesel fuel. During the hydrogenation, oxygen is removed from the triglyceride and converted into water. Propane is formed as a by product and can be combusted and used for energy production. HBD can be used in conventional diesel engines, pure or blended with conventional diesel, due to its similar physical properties to diesel. This study reports the quality characteristics with chemical and physical properties as an alternative diesel fuel. Especially, HBD showed higher cetane value and number than FAME, and it is consisted of C15 - C18 n-paraffinic compounds. We also describes quality characteristics of HBD blends(2, 5, 10, 20, 30, 40, 50 vol%) in automotive diesel. HBD blends(max. 20 vol%) were the limit by the Korean specification due to poor low temperature characteristics.