Emulsified transesterification of soybean oil into biodiesel was investigated using potassium hydroxide and sodium methoxide catalysts with methyl glucoside oleic polyester as a methanol-in-oil emulsifier. The transesterification reaction conditions were optimized to obtain high yields of fatty acid methyl esters of the quality defined by biodiesel standards. The developed process resulted in 95~96% of overall yield from soybean oil by alkali-catalyzed methanolysis at 45℃ of reaction temperature with 6:1 of methanol-to-oil molar ratio and 1(v/v)% methyl glucoside oleic polyester in the presense of 0.8wt% KOH and 1.2wt% NaOCH3.

화석 연료 사용량 증가로 야기되는 지구 온난화를 비롯한 여러 환경문제와 자원 고갈로 인해 화석 연료를 대체 할 수 있는 연료원이 요구되고 있다. 이에 동식물성 기름으로부터 추출한 바이오디젤은 재생 가능한 연료로 주목을 받았으나 여러 한계를 보였고, 단위면적당 높은 에너지 수율과 빠른 성장속도 및 친환경적 특징을 겸비한 미세조류가 3세대 바이오디젤의 원료로 주목받고 있다. 본 연구는 독립영양과 혼합영양을 가능하게 하는 광 조건이 바이오매스 축적 지질의 지방산 특성 변화와 상관관계를 도출하여 바이오디젤 생산성 향상 방안을 고찰하였다. 본 실험에서 배양한 미세조류는 지질 축적능력이 우수한 Botryococcus braunii 종을 명암주기를 조절하여 광영양 및 혼합영양 조건으로 배양하였고, 회수한 바이오매스를 fatty acid methyl ester (FAME)형태로 지질을 추출하여 FAME 구성 성분과 FAME 수율을 비교 평가하였다. 실험결과는 독립영양과 혼합영양에 상관없이 C16, C18, C20 지방산이 주요 FAME의 구성 성분으로 밝혀져 바이오디젤로써 이용 가능성이 충분함을 확인하였다. 광영양 조건에서 전체 지질의 61.1%가 FAME 형태로 추출되었고 구성성분 중 C16, C18, C20 지방산의 함량이 각각 52.3%를 차지하였으며, FAME 수율(g FAME/g biomass)은 2.4%로 도출되었다. 혼합영양 조건에서 74.3%의 FAME이 추출되었고 C16, C18, C20 지방산의 함량은 73.9%를 차지하였으며, FAME yield는 3.1%로 도출되었다. 이 결과는 폐수로부터 수확한 미세조류 바이오매스가 대체 연료원으로 이용가치가 높음을 보여준다.

산업혁명 이후 화석연료를 통한 에너지의 소비는 이산화탄소의 형태로 전례 없는 대기 중 탄소의 유입을 증가시켰다. 인류에 의해 발생된 이산화탄소 형태의 탄소 유입은 지구온난화와 같은 전 지구적 환경 문제를 유발하였다. 따라서 다양한 분야에서 탄소유입을 줄이기 위한 노력은 진행되어 왔다. 대표적으로 화석 연료의 대체가 가능한 바이오 연료는 비교적 쉬운 생산 공정과 기반시설에 대한 뛰어난 적응력으로 인해 상업화 되었다. 그러나 상업화 된 바이오 연료는 식용작물의 사용으로 인해 원료의 가격상승과 윤리 도덕적 문제를 초래하였다. 이를 극복하기 위해 폐유와 미세조류와 같은 비식용 작물의 바이오 연료 전환이 연구 되었다. 값싼 원료의 이점에도 불구하고, 원료의 불순물(유리 지방산, 수분 등)의 제거를 위한 전처리 공정의 추가와 다양한 공정 설비 및 운영비용은 새로운 바이오 연료의 생산기술 향상에 대한 요구로 나타났다. 특히, 전이에스테르화 반응을 통해 비교적으로 기술적인 연구가 활발히 진행된 바이오 디젤의 경우 초임계 조건, 효소, 초음파를 활용한 반응이 활발히 연구되어져왔다. 또한 다공성 물질을 활용한 촉매 모사 전이에스테르화 반응은 유리 지방산, 수분같은 불순물 하에서도 높은 전환율을 유지하는 것으로 확인 되었다. 촉매모사 전이에스테르화 반응은 수많은 공극이 존재하는 다공성 물질을 이용하여, 반응물의 충돌 빈도를 상승시킴으로써 촉매 사용으로 발생하는 단점을 최소화하였다. 이전까지 촉매모사반응의 다공성 물질로써 상업화된 실리카겔을 사용하였으나 바이오매스를 활용한 바이오 차의 다공성 물질로써 활용이 연구됨에 따라, 바이오매스 유래 바이오 차의 촉매모사 전이에스테르화 반응에 대한 적용 연구를 제시하고자 한다. 다양한 바이오차 중에 다양한 물리적 화학적 성질을 가지고 있는 계분은 촉망받는 다공성 물질로 여겨진다. 또한 폐식용유는 촉매모사 반응의 높은 유리 지방산 저항력을 증명하기 위해 원료로써 선택되었다.

Metal oxide promoted ceria-zirconia (Ce/Zr = 6/4) catalysts was applied to deoxygenation (DO) of oleic acid in batch mode at 300℃ under 1 bar of 20% H2/N2 condition. Metal oxide promoted ceria-zirconia catalysts were prepared by a co-precipitation method. As a result, Ni-Ce0.6Zr0.4O2 catalyst exhibited much higher oleic acid conversion, selectivity to C9 ~ C17 compounds (diesel fuel range), and oxygen removal efficiency than the others. This is due to the presence of free NiO species, synergy effect of nickel and Ce0.6Zr0.4O2, highest BET surface area, and the strong metal to support interaction (SMSI).

Recently biodiesel has drawn much attraction as renewable enegy due to its environmental benefits and the fact that it is made from renewable resources. However, the production cost of biodiesel is one of the main hurdle to commercialize it. One of the way to reduce the biodiesel production cost is to use the waste cooking oil as feedstock. In the conventional transesterification process of waste cooking oils for biodiesel production, the presence of free fatty acids and water causes severe problems such as formation of soap and decreasing of catalyst yield. Much effort has been devoted to solve the above problems and one of the promising way is the supercritical methanol treatment which is performed at the methanol supercritical environment (>239.45℃, >8.10 Mpa)one of the serious problems of the application of SCM process for the biodiesel production is the tough operation condition(high pressure, high temperature. In this study, we have studied about the supercritical methanol treatment for the biodiesel production with the soybean waste cooking oil as a feedstock in the present of various heterogeneous solid catalysts such as mesoporous silica and acid-doped mesorpous silica. Biodiesel conversion was increased at more mild opreation condition to the previous studies by using the catalysts. The conversion was more enhanced by modifying the catalysts.

국내에 자생하는 기름생산이 가능한 목본식물의 바이오디젤 원료로서의 이용가능성을 구명하기 위해 기름함량, 지방산 조성 및 전이에스테르화를 통해 생산된 바이오디젤의 특성분석을 실시하였다. 목본 기름식물의 종자 내 기름함량은 15.1 ~ 70.3%로 다양하였으며, 지방산조성은 주로 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 팔미트산 및 스테아르산 등 이였으며 올레산의 함량이 가장 높았고 모든 식물에서 불포화지방산이 포화지방산보다 많았다. 지방산메틸에스테르의 산화안정성은 2.25 ~ 8.62 hours/110℃로 나타났고, 요오드가는 때죽나무 기름이 가장 높았으며 이는 불포화지방산의 함량이 다른 식물 종보다 높기 때문이다. 저온 필터막힘점은 0℃ to -13℃로 다양하게 나타났으며 이팝나무 지방산메틸에스테르가 저온유동성이 가장 우수하였다. 기름함량, 지방산조성, 바이오디젤 특성 등을 종합하였을 때 동백나무, 이팝나무 및 때죽나무의 종자에서 추출한 기름이 바이오디젤로의 이용 가능성이 비교적 높은 것으로 생각된다.

Enzymatic biodiesel using lipase Novozyme-435 instead of using chemical catalyst was studied in this paper for cost reduction, increase of production efficiency and environment friendly product in this paper. In this paper the standard of biodiesel quality was met by using enzyme. The optimal reaction condition of methanol/waste oil molar ratio was 3, which 1 mol of methanol was injected at initial reaction. Then, each of 1 mol of methanol was injected at 4 hours of interval. Other reaction condition was like as follows : Reaction temperature, reaction time, agitation speed and amount of lipase were 55oC, 24 hours, 400 rpm, and 6wt%, respectively.

Since biodiesel as bioenergy is defined as ester compounds formed by esterification of animal/vegetable oils, in this study three vegetable cooking oils (market, waste and refined waste ones) were esterified by reactions of alkali catalyst and immobilized enzyme. The fatty acid composition of the formed ester compounds was analyzed to investigate the feasibility of biodiesel production. By lipolysis (i.e, hydrolysis of Triglyceride (TG)), all three vegetable oils used in this study were found to produce Diglyceride (DG), Monoglyceride (MD) and Fatty acid ethylester (FAEE). However, the amount of produced FAEE (which can be used as an energy source) was in the increasing order of market cooking oil, waste one and refined waste one. With NaOH catalyst, FAEE was produced about 24.92, 17.63 and 11.31 % for the respective oils while adding Lipozyme TL produced FAEE about 43.54, 38.16 and 24.47 %, respectively. This indicates that enzyme catalyst is more effective than alkali one for transesterification. In addition, it was found that the composition of fatty acids produced by hydrolysis of TG was unchanged with alkali and immobilized enzyme reactions. Thus it can be expected that stable conditions remain in the course of mixing with gasoline whose composition is similar to that of the fatty acids.

최근 원유가는 $90/barrel로 상승하였으며, 원유는 언젠가는 고갈될 한정된 자원이다. 또한 이와 같은 화석연료는 CO2, SOx, NOx 등을 방출하여 지구온난화, 대기오염 등의 환경문제를 일으키고 있다. 따라서 전세계적으로 대체에너지, 재생에너지 개발에 노력하고 있으며, 바이오에너지도 이에 속한다. 원유를 대체할 수 액상의 바이오에너지는 biodiesel로 현재 콩, 옥수수 등의 작물로부터 주로 생산되고 있다. 광합성 미생물인 미세조류(microalgae)의 태양에너지 이용효율은 5%정도로, 육상식물의 0.2%에 비해 약 25배 정도 높은 것으로 알려져 있다. 즉, 단위면적당 biodiesel 생산성이 높고, 비경작의 토지를 이용할 수 있다는 장점이 있다. 현재 미세조류 중에서 Botryococcus sp. Pleurochrysis 등을 이용한 biodiesel 생산이 시도되고 있다. 주요 기술분야는 1) 우량 미세조류주 개발로써 미세조류 탐색, 유전체 구조 및 기능 연구, 분자적 균주개량 등이 있다. 2) 대규모 배양을 위해서는 미세조류 배양공정의 최적화, 광생물반응기(photobioreactor) 개발, 옥외 대량배양 등이 중요하다. 3) Biodiesel의 효율적 생산을 위해서는 미세조류 수확법 개발, 미세조류 biomass를 biodiesel로 전환하는 Transesterification 공정개발 등이 필요하다. 미세조류로부터 CO2 고정 및 biodiesel 생산을 목표로 결성된 국제적 network인 INMB(International Network for Microalgae Biofixation)의 목표는 2012년까지 실현 가능한 기술개발로서 미세조류 생산성을 현재의5 0 dw ton/ha/yr로부터 2배 수준이 100 dw ton/ha/yr로 증대시키는 것이다. 장기적으로는 미세조류(Botryococcus sp.)의 배양면적을 점차 늘려 전 세계적으로 10 백만 ha 규모(전 세계적으로 운영되고 있는 새우와 물고기 양식장의 크기와 유사한 규모)의 pond에서 미세조류를 배양하여 1 Gt의 CO2 방출 저감효과를 내는 것이다. 따라서 미세조류의 대량배양은 생물연료인 biodiesel의 생산과 동시에 배양과정에서 대기 중 CO2의 흡수에 의한 지구온난화 방지효과를 동시에 달성할 수 있는 환경 친화적 에너지 생산기술이다. 그러나 미세조류 biodiesel이 원유 diesel과 경쟁하기 위해서 생산가를 현재의 $2.80/L에서 $0.55/L로 낮추어져야 한다. 이를 위해서는 유전체 기능연구를 토대로 우량 균주개발, 대량 배양기술 개발 등에 대한 집중적 연구가 수행되어야 한다.