The spray characteristics of two working fluids operating with a bi-fuel injector were investigated. A bi-fuel injector simultaneously sprays two working fluids, both of which possess different properties. An effervescent atomizer containing two separated aerator tubes was employed as the bi-fuel injector. Vegetable oil and kerosene were the working fluids. The mixing ratio and ALR were the experimental parameters. The mixing ratio is the mass fraction of vegetable oil in the total amount of working fluids. The ALR represents the ratio of the atomizing gas to the working fluid mass flow ratio. In order to examine spray characteristics, the spray angle, droplet size distribution, cumulative volume fraction, Sauter Mean Diameter and span factor were measured using a high resolution video camera and a Laser Diffraction Particle Analyzer. From the experimental results, spray angle is decreased with as the ratio of kerosene to vegetable oil in working fluid is increased. Regardless of ALR, SMD was the smallest when the only working fluid was kerosene and uniformity was the most stable when the only working fluid was vegetable oil.

Pitch precursors affording excellent spinnability, high-level oxidation-resistance, and good carbonization yields were prepared by bromination–dehydrobromination of various ratios of pyrolyzed fuel oil and coal tar pitch. The pitches exhibited spinnabilities that were much better than those of pitches prepared via simple distillation. A pitch prepared using a 1:2 ratio of fuel oil and coal tar pitch exhibited the best tensile strength. Pitch fibers of diameter 8.9 ± 0.1 μm were stabilized at 270 °C without soaking time after heating at a rate of 0.5 °C/min and carbonized at 1100 °C for 1 h after heating at 5 °C/min. The resulting carbon fibers exhibited a tensile strength, elongation, Young’s modulus, and average diameter of 1700 ± 170 MPa, 1.6 ± 0.1%, 106 ± 37 GPa, and 7.1 ± 0.2 μm, respectively.

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.

본 연구에서는 선박용 엔진을 활용하여 E2, E3 사이클 시험 결과로부터 연료 내 황 함유량 변화에 따른 대기오염물질 배출 특성을 조사하였다. 테스트를 위해 사용된 엔진은 360 PS의 엔진(Doosan L126TIH engine)을 활용하였고, 동력계로는 Horiba-Schenck사의 400㎾급 동력계인 W400을 사용하였다. 엔진에서 발생되는 대기오염물질 계측을 위해서는 오스트리아 AVL사의 FTIR과 SPC 장비를 배기라인 후단에 장착해서 사용하였다. 실험 결과로는 E2, E3 사이클 모두에서 연료 내 황 함유량이 증가할수록 THC와 CO의 단위 출력 당 배출량은 감소하고 입자상물질은 증가하였다. 연료의 황 함유량이 증가할수록 동점도가 증가되어 엔진의 연료소모율이 좋아지는 것을 확인하였다. 이는 본 연구에 사용된 엔진의 경우 연료 분사압력이 일정한 상태에서 동점도 증가에 따른 분무입자의 평균입경이 커짐에 따른 연소 상태가 개선되었기 때문이라 생각되어진다. 질소산화물의 경우 이번 연구에서는 황함유량의 변화에도 배출량에서는 큰 변화를 보이지 않았다.

This study describes the effects of palm oil biodiesel (PD) blended with diesel on the combustion performance, emission characteristics and soot morphology in a 4-cylinder CRDI diesel engine. 5 kinds of fuels are used with blending as diesel/biodiesel volume ratio 0%, 10%, 20%, 30%, 100%. The engine is operated under idle speed, 750rpm and load conditions of the engine are 0 Nm and 40Nm. The Coefficient of Variation(COV) of Indicated Mean Effective Pressure(IMEP) shows that the engine operates very steadily in the idle state. But fuel consumption is increased. And Emission results show that the oxygen in biodiesel has a great influence on the production of exhaust emissions. The nitrogen oxides(NOx) is decreased because of high viscosity and low heating values of biodiesel at low blend ratio. But NOx and Carbon monoxide(CO) are increased above a certain blend ratio. Particulate matter(PM) and Hydrocarbons(HC) is decreased according to increase of blend ratio. The size of soot is decreased and the morphology of soot is developed to cluster with increasing blend ratio.

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.

선박용 연료유가 연소하는 과정에서 배출되는 오염물질은 대기오염을 유발하고 인체에 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그에 따라, IMO에서는 선박에서 배출되는 오염물질을 규제하고 있다. 하지만 입자상물질(Particulate matter: PM)에 대한 규제는 아직 논의단계에 있으므로 선제적인 대응이 필요하다. 그러기 위해서는 입자상물질에 대한 기초적인 연구가 필수적이다. 이번 연구에서는 해상용 연료유에서 발생하는 입자상물질의 기초 데이터 구축을 위해 선박 디젤 엔진에 사용되는 연료유의 무차원 광소멸계수(Ke)를 계측하여 분석하였다. 특성 비교를 위해 육상 디젤 엔진에 사용되는 연료유를 같은 방법으로 측정하였다. 두 연료유는 황함유량과 밀도에서 차이가 난다. 무차원 광소멸계수(Ke)는 633 nm의 레이저를 이용하여 광학적인 방법으로 측정하고 중력식 필터법에 의해 채집된 입자상물질의 체적분율을 이용하여 결정하였다. 선박용 연료유에서 배출되는 입자상물질의 무차원 광소멸계수(Ke)는 8.28이고, 육상용 연료유는 8.44 이다. 두 연료유의 무차원 광소멸계수(Ke)는 측정 불확도 범위내에서 거의 유사하였다. 하지만 Rayleigh limit 해법에서 구한 값과의 비교를 통해 광산란 비중이 클 수 있는 부분과 광투과율과 채집질량과의 관계를 통해 광소멸 특성이 상이할 수 있음을 확인하였다.

Pyrolyzed fuel oil (PFO) and coal tar was blended in the feedstock to produce pitch via thermal reaction. The blended feedstock and produced pitch were characterized to investigate the effect of the blending ratio. In the feedstock analysis, coal tar exhibited a distinct distribution in its boiling point related to the number of aromatic rings and showed higher Conradson carbon residue and aromaticity values of 26.6% and 0.67%, respectively, compared with PFO. The pitch yield changed with the blending ratio, while the softening point of the produced pitch was determined by the PFO ratio in the blends. On the other hand, the carbon yield increased with increasing coal tar ratio in the blends. This phenomenon indicated that the formation of aliphatic bridges in PFO may occur during the thermal reaction, resulting in an increased softening point. In addition, it was confirmed that the molecular weight distribution of the produced pitch was associated with the predominant feedstock in the blend.

대기오염에 대한 관심은 국내·외에서 점진적으로 상승하고 있으며, 자동차 및 연료 연구자들은 청정(친환경 대체연료) 연료와 연료품질 향상 등을 이용하여 새로운 엔진 설계, 혁신적인 후처리 시스템 등의 연구를 통하여 차량 배기가스 및 온실가스를 감소시키고자 노력하고 있다. 이에 본 연구에서는 각기 다른 차량기술이 적용된 휘발유, 경유, LPG를 연료로 사용하는 7대의 차량을 대상으로 국내·외에서 법적시험모드로 사용되고 있는 도심모드, 고속모드, 급가·감속, 에어컨사용 및 겨울철 특성을 반영한 저온모드에서 온실가스의 배출특성을 확인하고자 하였다. 사용연료에 관계없이 대부분의 온실가스는 저온인 Cold FTP-75 모드에서 가장 안 좋은 결과가 나타나는 경향을 가지고 있다. 각 차량별 온실가스 증가 요인으로는 가솔린 차량인 A차량(2.0 MPI)과 B차량(2.4 GDI)에서는 최고속 및 급가·감속 , 에어컨 사용 , 저온 조건의 순인데 비해 E차량(1.6 T-GDI)은 에어컨 사용, 최고속 및 급가·감속 , 저온 조건의 순이다. G차량 (LPLi)은 에어컨 사용 , 저온 , 최고속 및 급가·감속 조건의 순으로 가솔린 차량과 다른 특성을 가지고 있다. 경유 차량에 있어서는 A차량(2.0 w/o DPF)과 B차량(2.2 w/ DPF)은 최고속 및 급가·감속 , 에어컨 사용, 저온 조건의 순이었고, F차량(1.6 w/ DPF)은 저온, 에어컨 사용, 최고속 및 급가·감속 조건의 순으로 확인되었다. 따라서, 각 연료별로 배출가스 저감 기술을 다르게 적용하여야 효과적인 방법이라고 할 수 있겠다.

전통적인 화석 에너지 자원의 고갈과 환경오염 악화 등의 관점에서 볼 때 에너지 절약 및 배출가스의 저감은 동시에 해결해야 되는 문제로 대두되고 있다. 바이오연료는 대체연료의 하나로서 이러한 문제들을 효과적으로 해소할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다. 따라서 본 연구에서는 커먼레일 터보과급디젤기관에서 카놀라유 바이오디젤연료의 적용효과를 알아보기 위하여 실험적으로 고찰하였다. 실험에 사용된 연료는 ULSD(초저황 디젤유), BD20(체적비로 20%인 카놀라유와 80% 디젤유 혼합) 및 PCO(순수한 카놀라유)를 사용하였다. 카놀라유 바이오디젤연료의 혼합율이 증가함에 따라 입자상물질(PM)과 일산화탄소 (CO)는 크게 감소하였으며, 질소산화물(NOx)은 약간 증가하는 현상을 보였다.

바이오오일은 고품질 화학물질로 이용이 가능하며 차세대 탄화수소 연료와 석유정제업 공급 원료로 사용할 수 있기 때문에 촉망받는 신재생에너지의 하나로 상당한 관심을 받고 있다. 또한 제올라이트는 급속열분해 과정에서 크래킹 반응을 효과적으로 촉진시켜 탈산소 반응을 증가 시키고 탄화수소가 많은 안정된 바이오오일을 만든다. 그래서 본 연구에서는 백합나무 바이오오일 품질개선을 위해 촉매열분해(Control, Blackcoal, Whitecoal, ZeoliteY 및 ZSM-5)를 적용하여 특성을 조사하였다. 바이오오일의 특성 변화를 알아보기 위하여 0.3～1.4 mm 크기의 백합나무 시료 500 g을 465℃에서 1.6초 동안 촉매열분해하여 바이오오일을 제조하였다. 촉매 조건 상태에서 바이오오일의 수율은 Control(54.0%)과 비교하여 Blackcoal(56.2%)를 제외하면, Whitecoal(53.5%), ZeoliteY (51.4%), 및 ZSM-5(52.0%)로 모두 감소했다. 수분 함량이 Control(37.4%)에서 촉매 처리후 37.4~45.2%로 증가함에 따라 발열량((High heating value)은 감소했다. 그러나 다른 다른 바이오오일 특성은 개선되었다. 촉매 적용 결과 바이오오일의 회분과 전산가(TAN)가 감소했고, 특히 수송연료로 중요한 특성인 점도는 Control cP(6,933) 에서 2,578 ~ 4,627 cP로 감소했다. 또한 ZeoliteY는 방향족탄화수소를 생산하고 점도를 개선시키는데 가장 효과적이였다.

본 연구는 바이오매스를 열분해하여 생성된 수상오일(water soluble oil)을 얻었다. MDO (Marine Diesel Oil)와 수상오일을 유화시켜 생성된 에멀젼 연료의 특성과 배출가스를 연구 하였다. 바 이오매스로는 톱밥을 사용하였고 500 ℃에서 열분해하여 생성된 물과 탄화수소를 응축시켜서 수상오일 을 얻었다. 수상오일을 MDO에 10∼20% 까지 혼합 후 유화시켜 에멀젼 연료를 만들었다. 엔진 배출가 스 측정은 엔진 dinamometer로 실시하였다. 유화연료는 연소실내에서 미세폭발을 일으켜 연료를 잘게 쪼개어 주어 smoke를 감소시킨다. 그리고 물이 연소실내의 기화열을 빼앗아 연소실 내부의 온도를 낮추 어 NOx 생성을 억제하는 효과를 갖는다. ND-13모드의 각 모드별 배출가스온도가 MDO에 비해 유화 연료를 사용했을 때 낮게 나온 것으로 뒷받침 될 수 있었다.유화연료의 함수율이 증가함에 따라 NOx와 smoke의 배출량은 줄어들었으며, 출력도 함수율 증가에 따라 유화연료 자체의 발열량 감소로 인하여 줄어든 것으로 판단된다.ND-13모드에서 MDO 유화연료를 시험한 결과 바이오매스오일 함유량 20%인 유화연료의 NOx 감 소량은 약 25%, smoke의 총감소량은 약 60%, 그리고 약 15%의 출력손실을 확인하였다.