선박엔진은 잔사유를 에너지원으로 활용하여 운항할 수 있으며, 이를 활용한 선박에서 환경 규제와 경제성을 모두 만족시키는 다양한 방안들이 모색되고 있다. 그 중에 한 방안으로 연료 첨가제를 활용하는 기술이 있을 수 있다. 분산제와 연소촉진제는 잔사유활용 시 엔진의 연소특성 촉진에 기여할 것이라는 기대를 받고 있다. 따라서, 본 연구에서는 연소성 분석 장비(FIA/FCA)와 열 중량 분석 장비(TGA)를 활용하여 잔사유 연료첨가제가 혼합된 잔사유의 연소성을 분석하였다. 연소성 분석 장비(FIA/FCA)의 결과로는 연소에 의한 일의 총량을 분석하도록 분석법이 개발되었으며, 이 때문에 본 연구를 통하여 동일 장비를 활용하면서도 연소 효율을 간단하게 평가할 수 있는 방안을 제시하였다. 연소성 분석 결과인 ROHR 곡선으로부터, 단순한 삼각함수를 활용하여 연소특성을 예측할 수 있는 방안을 제시하였으며, 이 기법을 활용하여 기존의 압력 곡선과 유사한 결론을 도출할 수 있었다. 열 중량 분석(TGA)의 경우 연료유의 증발 특성에 민감하게 반응함을 확인하였고, 첨가제가 연료유 증발에 효과적으로 작용함을 확인하였다.

급속열분해 기술은 바이오매스를 수송용 연료와 고품질의 석유화학 생산물로 업그레이드 할 수 있는 바이오오일을 만드는 유망한 수단으로 주목 받고 있다. 이러한 기대에도 불구하고 연료와 석유 화학 생산물의 상업성은 바이오오일의 높고 잘 변하는 점도, 많은 수분과 산소 함량, 낮은 발열량 및 산 성도와 같은 상당히 바람직하지 않은 특징 때문에 한계가 있다. 그래서 본 연구는 가압증류를 통해 바 이오오일의 품질 개선을 목표로 수행하였다. 가압증류에 따른 바이오오일의 특성 변화를 알아보기 위하 여 0.8～1.4 mm 크기의 굴참나무(Quercus variabilis) 시료 600 g을 465℃에서 1.6초 동안 급속열분해 하여 바이오오일을 제조하고, 감압증류(100hPa) 온도는 대조구, 40℃, 50, 60, 70 및 80에서 각각 30분 간 처리하였다. 급속열분해를 통해 생산된 바이오오일, 바이오차 및 가스는 각각 62.6 wt%, 18.0 및 19.3으로 나타났다. 또한 온도별로 생성된 바이오오일은 수분함량 0.9∼26.1 wt%, 점도 4.2∼11.0 cSt, 발열량 3,893∼5,230 kcal/kg 및 pH 2.6∼3.0 수준으로 긍정적 효과가 나타났다. 이러한 바이오오일 품 질개선에도 불구하고 점도는 반대로 증가했으며 여전히 높은 산소 함량, 낮은 발열량 및 산성도 때문에 바이오오일을 실용적인 연료로 사용하기 위해서는 지속적으로 품질 개선이 필요하다.

최근 정부는 신재생에너지 연료 혼합 의무화 제도(RFS)와 신재생에너지 공급 의무화제도 (RPS)를 적극 추진하고 있어 신재생에너지 연료의 중요성은 그 어느 때보다도 부각되고 있으며 적극적 인 연구가 필요한 때이다. 이의 일환으로 발전용 바이오중유 시범보급사업과 관련 연구가 활발히 진행 중에 있다. 본 연구에서는 바이오중유의 성능평가기준(안) 마련을 위해 중유와 바이오중유의 연료품질 특성 및 산업용 보일러에서 연소 후 배출되는 먼지, 배출가스의 양을 비교 연구하였다. 연구결과 바이오 중유를 사용할 경우 먼지와 황산화물 등 유해배출가스가 현저히 저감 되는 것이 밝혀졌다.

This study describes the effects of canola oil biodiesel (BD) blended fuel on the combustion performance and emission characteristics in a 4-cylinder common-rail direct injection diesel engine. In this study, with the increasing of engine loads, the biodiesel blend fuels(100 vol.% ULSD and 0 vol.% biodiesel blend, BD0; 80 vol.% ULSD and 20 vol.% biodiesel blend, BD20; 0 vol.% ULSD and 100 vol.% biodiesel blend, BD100; ULSD: ultra low sulfur diesel) were used at an engine speed of 1,500rpm. The experimental results showed that with the increasing of biodiesel blend rate, the combustion pressure decreased slightly at engine load of 20~60Nm. However, the rate of heat release (ROHR) increased clearly and ignition delay time was shortened. With the increasing of biodiesel blend rate, the carbon monoxide (CO) and particulate matter (PM) emissions were more decreased at all of the engine loads.

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.

Pyrolized fuel oil (PFO) was reformed by novel electron beam (E-beam) radiation, and the elemental composition, chemical bonds, average molecular weight, solubility, softening point, yields, and density of the modified patches were characterized. These properties of modified pitch were dependent on the reforming method (heat or E-beam radiation treatment) and absorbed dose. Aromaticity (Fa), average molecular weight, solubility, softening point, and density increased in proportion to the absorbed dose of E-beam radiation, with the exception of the highest absorbed dose, due to modification by free radical polymerization and the powerful energy intensity of E-beam treatment. The H/C ratio and yield exhibited the opposite trend for the same reason. These results indicate that novel E-beam radiation reforming is suitable for the preparation of aromatic pitch with a high β-resin content.

Spinnable pitch for melt-electrospinning was obtained from pyrolized fuel oil by electron beam (E-beam) radiation treatment. The modifiedpitch was characterized by measuring its elemental composition, softening point, viscosity, molecular weight, and spinnability. The softening point and viscosity properties of the modifiedpitch were influencedby reforming types (heat or E-beam radiation treatment) and the use of a catalyst. The softening point and molecular weight were increased in proportion to absorbed doses of E-beam radiation and added AlCl3 due to the formation of pitch by free radical polymerization. The range of the molecular weight distribution of the modifiedpitch becomes narrow with better spinning owing to the generated aromatic compounds with similar molecular weight. The diameter of melt-electrospun pitch fibersunder applied power of 20 kV decreased 53% (4.7 ± 0.9 μm) compared to that of melt-spun pitch fibers(10.2 ± 2.8 μm). It is found that E-beam treatment for reforming could be a promising method in terms of time-savings and cost-effectiveness, and the melt-electrospinning method is suitable for the preparation of thinner fibersthan those obtained with the conventional melt-spinning method.

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.

A demand for bio-diesel oil increases as one of solution for exhaustion of fossil fuel and reduction of CO2 emission, and research on bio-diesel is being carried out. Bio-diesel oil is mainly esterified from vegetable oil with methanol in order to use for fuel on diesel engine and has demerit that costs are increased as compared with directly using like non-esterified one. Bio-diesel oil within 3% mixed with gas oil is used at present, proportion of bio-diesel oil will be increase by 5% in future. We judged that wasted soybean oil non-esterified could be used on diesel engine with an electronic fuel injection according to previous researches with a mechanical fuel injection. A performance test using only gas oil, gas oil with esterified bio-diesel oil 5% and wasted soybean oil non-esterified 5% on diesel engine with the electronic fuel injection were carried out. It is noticed that gas oil with wasted soybean oil non-esterified 5% has more similar characteristics to gas oil than gas oil with esterified bio-diesel oil 5%.

본 연구에서는 고정자와 회전자에 의해 발생하는 전단력(Shearing force)을 이용한 선박용 연료유 균질기(Homogenizer) 개발에 관한 연구를 수행하였다. 균질기의 균질화 및 미립화 정도에 대한 성능을 조사하기 위하여 IFO 380 cSt Bunker-C 시료에 전처리(Pre-treatment)를 시행하였다. 전처리한 시료의 슬러지(Sludge) 저감 효과를 확인하기 위하여 유청정기(Oil purifier)를 이용하였다. 실험결과 균질기로 전처리한 시료에서 슬러지양이 약 13 % 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 전처리 후 유청정한 시료를 실제 보일러 시스템에서 연소시켜 CO가 감소하는 연소특성 경향을 확인하였다. 이와 같은 결과를 통해 개발된 선박용 연료유 균질기를 실선에 적용할 경우 연료비 및 운항비용 절감 효과가 있을 것으로 판단된다.

최근 국제 원유가의 폭등으로 선박의 연료비 부담이 상대적으로 가중되고 있으며, 또한 연료의 연소과정에서 발생하는 온실가스에 대한 국제적 규제 움직임도 가속되고 있다. 이와 같은 상황에서, 온실가스의 배출을 최소화하면서 연료소모량을 줄이기 위해 많은 선사들이 감속운항을 취하고 있으며, 선박용 엔진 개발 분야에서는 엔진의 연료 효율성 개선 문제와 대체에너지 사용 분야에 주력하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 실제 해상에서의 선속대비 연료소모량을 계측하고, 건조과정에서 실시된 육상 엔진실험 자료와 2007~2009년까지의 AB-LOG를 분석하여, 특정 외력조건에서의 대상선박에 대한 연료소모량을 고려한 최적의 속력을 14~15노트, 주기관의 RPM을 140~150 RPM으로 제안하였다.

In this study, the characteristics of emulsified fuel were studied. The emulsified fuel which was composed of water and diesel was manufactured by using homogenizer and ultrasonic generator. The more the percentage of water contents increases, the more the density increases to the emulsified fuel. However, the viscosity increased in the 60% of water contents and decreased in the 70% of water contents because the O/W type was formed. The 3 minutes's ultrasonic waves during the irradiation time was appropriate of 16,000 rpm. And the energy density of ultrasonic waves was 87.5J/g. The emulsion stability has improved in the lower temperature, the lower percentage of water contents, and the most stable emulsion state was obtained from 20%(w/w) of water contents. Also, the emulsion stability was related to the HLB values of emulsifiers. Especially, the HLB values of emulsifier were appropriate from 4 to 7 values.

산유국으로부터 에너지 독립을 하고 대기오염방지를 위한 배기배출물을 저감시키기 위하여 대체연료에 많은 관심을 가지고 있다. 폐유나 새로운 식물성 기름과 동물성 기름으로부터 생성할 수 있는 바이오디젤유가 압축점화기관인 디젤기관에 구조적인 변화없이 사용될 수 있다. 이 논문에서는 4행정 직접분사식 디젤기관을 이용하여 순수 디젤유와 바이오디젤 혼합유(바이오디젤 10% 및 20% 함유)의 연료소비율과 배기배출물에 미치는 영향을 제시했으며, 특히 실험에 사용된 바이오디젤 연료는 우리 실험실에서 유채유로부터 직접 생산되었다. 이 연구 결과 바이오디젤 혼합유가 디젤유 보다 연료소비율과 질소산화물은 약간 증가 되었고 일산화탄소와 매연은 상당히 감소되었다.