This study intends to use the possibility of an eco-friendly alternative fuel to be applied to ships as a sample manufacturing method for ship MGO and bioethanol mixed fuel oil as basic evidence. The components of the manufactured mixed fuel oil were analyzed using the ISO-8217 standard testing method. As a result of analysis showed that in the lower calorific value decreased to 43030J/g at BE0 fuel and 37010J/g at BE30 fuel. The high calorific value decreased to 46.065MJ/kg at BE0 fuel and 39.460MJ/kg at BE30 fuel. The density decreased to 840.8kg/m3 at BE0 fuel and 837.0kg/m3 at BE30 fuel. In the case of flash point it was 67.5℃ when BE0, and decreased to less than 40.0℃ when BE10 to BE30. Finally the Kinematic Viscosity was 3.011mm2/s at BE0 and decreased to 2.502mm2/s at BE30.

Diesel engine has the advantages of strong power, low fuel consumption and good durability, so it has been widely used in transportation, automobile, ship and other fields. However, the nitrogen oxides(NOx) and particulate matter(PM) emitted by diesel engines have become one of the main causes of air pollution. Especially during idling, the engine temperature is low, and there are more residual exhaust gases in the combustion chamber, resulting in the formation of more harmful emissions. In this study, performance of a single cylinder, four-stroke, direct injection (DI) diesel engine fueled with diesel–biodiesel mixtures has been experimentally investigated. The findings show that a remarkable improvement in PM–NOx trade-off can be achieved by burning diesel-bioethanol blend fuels.

Diesel engine has the advantages of strong power, low fuel consumption and good durability, so it has been widely used in transportation, automobile, ship and other fields. However, the nitrogen oxides(NOx) and particulate matter(PM) emitted by diesel engines have become one of the main causes of air pollution. Especially during idling, the engine temperature is low, and there are more residual exhaust gases in the combustion chamber, resulting in the formation of more harmful emissions. In this study, performance of a single cylinder, four-stroke, direct injection (DI) diesel engine fueled with diesel–biodiesel mixtures has been experimentally investigated.

본 연구는 수수 × 수단그라스 바이오에탄올 생산을 위한 적정 수확 시기 및 수확 후 재생과정에서 요구되는 적정 질소 시비 수준을 파악하기 위해 수행되었다. 포장 실험은 2017부터 2018년까지 실시했으며, 시험구 배치는 난괴법(RCBD)으로 여름 수확 후 질소 추비 수준을 달리하여(0, 50, 100, 150 kg N/ha; 0N, 50N, 100N, 150N) 처리하였다. 재생과정에서 canopy height은 2017년 여름 수확 후(DAT, day after summer harvest treatment) DAT23에서 DAT48로 경과함에 따라 약 3.0배, 2018년 DAT26에서 DAT48로 경과함에 따라 약 2.9배 신장하였다. 엽록소 함량은 재생과정 초기 질소 무처리구와 질소처리구간 유의한 차이가 나타났으나, DAT48 이후 처리 간 차이는 없었다. 여름 수확은 2017년 파종 후 61일 뒤, 2018년 파종 후 83일 뒤 각각 이루어졌으며 건물수량은 8.6Mg/ha, 11.0Mg/ha로 차이를 보였다. 생육시기별 2차 수확의 건물수량은 2017년의 경우 생육이 진전됨에 따라 꾸준히 증가하였으며, 2018년에는 DAT76까지 증가하였다. 2017년 DAT107에서 무처리구(9.0Mg/ha)에 비해 질소 처리구(12.3Mg/ha)에서 1.4배 높았으며, 무처리의 수량이 낮았던 2018년 DAT113에서는 무처리구(2.3Mg/ha)에 비해 질소 처리구 (5.6Mg/ha)로 2.5배 높았다. 수확물의 바이오에탄올 품질을 나타내는 바이오에탄올 수율(TEP)는 생육 후기 cellulose와 hemicellulose 비율 감소로 일부 줄어들었으나, 전체적인 TEP변화는 생육시기나 추비수준과 관계없이 5% 이내로 큰 차이는 없었다. 총 바이오에탄올 수량(total TEY)은 2017년 DAT107에서 7,944L/ha, 2018년 DAT76에서 7,163L/ha로 추정되었다. 따라서 TEY를 높이려면 수확물의 단위면적당 건물중을 증가시키는 재배방법이 필요하다. 여름 수확 후 충분한 재생을 위해서 필요한 질소 추비 수준은 100kg N/ha 이상이었으며, 2차 수확은 여름 수확 실시 후 2개월 이상 경과 한 이후 실시해야 한다.

In this study, we investigated the effects of diesel-palm oil biodiesel-ethanol blends on combustion and emission characteristics in a 4-cylinder common rail direct injection (CRDI) diesel engine at low idling operations. The engine speed and engine load was 750 rpm and 40 Nm, while the main and pilot injection timing was respectively fixed at 2 °CA before top dead center (BTDC) and 20 °CA BTDC. The experimental results showed that the cylinder pressure increased with the increasing of palm oil biodiesel ratio from 20% to 100%. In addition, the peak value of cylinder pressure increased by 4.35% compared with pure diesel fuel when 5 vol.% ethanol oil added to diesel oil. Because the palm oil biodiesel and ethanol are the oxygenated fuel, the oxygen content played an important role in improving combustion. Based on the high oxygen content of biodiesel and ethanol, their mixing with diesel fuel effectively reduced PM emissions but increased NOx slightly, while CO and HC had no significant changes.

국내·외에서 대기오염에 대한 관심이 점점 증가함에 따라 자동차 및 연료관련 분야의 연구자들은 새로운 엔진설계, 향상된 후처리장치, 청정연료 그리고 연료품질향상을 통해 자동차의 배출가스 감소를 위하여 지속적으로 노력해 왔다. 따라서, 본 연구에서는 자동차의 증발가스와 성능, 환경성에 대해 살펴보고자 하였으며, 연료의 옥탄가 향상제로 쓰이는 바이오 에탄올, 바이오 부탄올, 바이오 ETBE (Ethyl Tertia ry Butyl Ether), MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether)가 환경에 미치는 문제점에 대해 살펴보고자 하였다. 주로 휘발유의 옥탄가 향상제로 쓰이는 바이오 에탄올, 바이오 부탄올, 바이오 ETBE, MTBE가 휘발유 연료 특성 중 증발가스에 미치는 영향에 대해 살펴보았으며, 바이오 연료 특성에 대한 가솔린 자동차의 가속 및 동력 성능을 살펴보았다. 실험결과 증발가스는 최대 1.04g/test로 모든 시험 연료가 국내 배출가스 기준에 부합함을 알 수 있었으며, 원료에 대한 증기압 측정 결과 바이오에탄올 15kPa, 바이오 부탄올 1.6k Pa로 E3급 연료 제조 시 바이오 부탄올 함유량을 늘리면 증기압과 증발가스 또한 낮게 나타났다. 또한, 바이오 연료의 종류에 따라 유사한 가속 및 동력 성능을 나타내었으며, 바이오 부탄올과 바이오 에탄올 비교 시 가속 성능이 약 3.9%, 출력은 0.8% 개선되었다.

단수수[Sorghum bicolor (L)]는 당류가 풍부한 사탕수수, 사탕무와 같은 주요 바이오연료 작물 중의 하나이다. 단수수 착즙액은 단수수 줄기를 압착하여 추출하며 주요 성분는 glucose와 fructose 그리고 sucrose로 구성되어 있다. 에탄올은 효모발효공정을 통하여 단수수 착즙액으로부터 쉽게 생산할 수 있다. 단수수 착즙액은 당류 뿐만 아니라 질소나 인산과 같은 다양한 무기영양원도 함유하고 있어 종균 배지로 활용성이 높다. 상업적인 에탄올 생산 공정에서 종균배양은 중요한 발효공정 중의 하나이며 공정비용 절감 을 위해 최적화된 배지가 필수적이다. 본 연구에서는 섬유질계 바이오에탄올 생산을 위한 종균의 배지로서 단수수 착즙액의 특성을 평가하였다. 단수수착즙액의 발효기질 적합성을 평가하기 위해 YPD 및 억새 당화 액을 비교하여 실험하였으며, YPD배지 중 yeast extract 와 peptone은 각각 5 g/L의 농도로 사용하였다. 각각의 기질들은 당 농도가 2%, 5%, 10%가 함유되도록 제조하여 발효를 통한 균체농도를 측정하였다. 그 결과 YPD와 단수수착즙액을 배지로 사용하였을 때 발효 24시간 후에 최대 2.5 x 108 CFU/mL 이상의 균 체농도를 나타내었다. 결과적으로 단수수착즙액은 12시간 발효 후에 1.0 x 108 CFU/mL 균체를 생산하여 섬유질계 바이오에탄올 생산을 위한 종균 배지로서 YPD를 대체하여 사용할 수 있음을 확인하였다.

한국산 억새를 산, 알칼리 및 증기폭쇄법으로 전처리한 시료의 최적 효소당화조건을 탐색하고, 당화물을 이용한 에탄올 생산성을 구명하였다. 억새의 화학적 조성은 저분자화합물이 5.0%, lignin 17.0%, hemicellulose 55.1%, cellulose 22.7%이었다. 효소 당화율은 단용효소 처리구보다 혼용효소 처리구에서 높았다. Celluclast 처리구는 Viscozyme보다 높은 당화율을 보였으며, 가장 높은 당화율을 보인 효소 처리구는 EM-3(Celluclast 24.3FPU/g 기질+Viscozyme 80.6FBG/g 기질)로 약 70%의 당화율을 보였다. 산,알칼리 전처리를 통해 정제된 α-cellulose의 효소 당화율은 1% NaOH 처리 증기폭쇄재 보다 16% 높게 나타났다. 효소 cocktail의 당화에 가장 적합한 온도는 50℃였고, 모든 기질에서 효소 반응시간이 증가할수록 당화율이 증가하였다. 억새의 당화물은 오탄당으로 xylose가 육탄당으로 glucose가 주를 이루었다. S. cerevisiae KCCM 11215를 이용한 당화물의 에탄올 발효에서도 각 효소조합과 시료 전처리가 매우 중요한 것으로 나타났다. 억새시료 1kg 당 350g 이상의 에탄올 생산성을 보였으며, 1% NaOH 및 1% KOH를 처리한 증기폭쇄 시료보다 α-cellulose를 기질로 사용한 처리구에서 에탄올 생산성이 높았다.

바이오에탄올의 경제적 영향을 분석하기 위하여 시계열 자료를 이용하여 수요함수를 분석한 결과, 통계적으로 의미 있는 모형을 얻을 수 있었다. 추정된 수요 모형에 있어서 바이오에탄올의 수요 탄성치는 탄력적인 것으로 나타났으며, 가솔린과 불완전대체관계를 가지는 것으로 분석되었다. 추정된 모형을 바탕으로 수요함수를 재구성하여 가격 변화 시나리오에 따른 물량의 변화를 분석한 결과, 바이오에탄올의 가격이 탄력적인 상황에서 가격을 증가시켰을 때, 상대적으로 큰 폭으로 수요량이 감소하였으나 대체재 가격의 증가로 인해 바이오에탄올의 수요량이 감소하는 것을 상쇄시켜 반대로 바이오에탄올의 수요량이 증가하였다.

가솔린과 에탄올의 혼합물인 가소홀은, 현재 세계 각국에서 가솔린 차량에 사용되고 있다. 본 연구는 바이오에탄올을 도입하게 된 배경, 제조공정, 생산량, 특성, 규격, 적용방법, 규정, 정책 등에 대하여 세계적인 관점에서 자료들을 조사하여 연구를 수행하였다. 따라서, 바람직한 방향을 모색하는 사람들이 참고로 할 수 있도록 하기 위하여, 여러 각도로 가소홀과 관련된 정보를 수집하고 조사하였다. 조사 결과, 바이오에탄올과 가소홀은 여전히 유용한 신재생에너지의 하나이므로, 각국이 처한 현재의 상황과 입장에 따라서 여러 가지 각도로 사용방법을 마련할 수 있도록 접근하여 관련공업에서 일보전진할 수 있도록 방향을 제시하였다.

국외에서 수집된 단수수 유전자원 100품종을 대상으로 주요형질변이를 탐색하여 우리나라에 알맞은 품종을 선정하고 아울러 육종에 필요한 기초 자료를 얻고자 수행한 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 주요 실용형질의 평균치는 간장 217 cm, 수장 23 cm, 절수 10.5개, 경태 17 mm, 생체수량 36 t ha−1, 출수소요일수 71일이었다. 2. 에탄올 생산에 크게 영향을 미치는 당도 범위는 3.8-20.8 Brix였고, 평균은 12.5 Brix였으며, 20 Brix를 초과하는 고당도인 “Early Folger”과 “Georgia Blue Ribbon” 등 2품종을 선정하였으며 고당도 품종육성에 유망한 유전자원으로 보였다. 3. 건물수량의 범위는 1-44 t ha−1이었고, 평균은 10 t ha−1이었으며, 30 t ha−1을 초과하는 “Sweet open burku head”, “Tinkish”, “MN 2162” 등 3품종을 선정하였으며 셀룰로오스계 바이오에탄올 생산에 유망한 유전자원으로 기대되었다. 4. 주요 형질간의 상관관계는 간장과 절수, 경태, 생체수량,건물수량, 출수소요일수 간에, 당도와 출수소요일수 간에 고도의 유의성이 인정되는 정의 상관을 보였다. 5. 절수는 간장, 경태, 생체수량, 건물수량 및 출수소요일수간에 그리고 출수소요일수는 수장을 제외한 다른 모든 특성들과 고도의 정의 상관을 보였다.

There are increased in using the bio-ethanol, as the carbon neutral attracts many researchers due to a reduction in carbon dioxide spotted as the global warming gas. A gasoline engine with 100% of the bioethanol was developed and used in Brazil already, but researches of using the bio-ethanol in diesel engines are lack. In this study, combustion tests with blend fuel of the gas oil and bio ethanol by 50% maximally due to a low cetane number of bio-ethanol were accomplished as a basic study of introduction of using the bioethanol in diesel engines. The result was that smoke emission was decreased with increase in proportion of the bio-ethanol, due to the increase of a amount of pre-mixed combustion with ignition delay. Although the amount of CO2 is reduced according as the bio-ethanol is used(carbon neutral), the emission of CO2 with increase in the proportion of the bio-ethanol was more increased due to lower a heat value of bio-ethanol than gas oil.

지구온난화와 화석원료 고갈의 문제에 대한 해결책으로 다양한 바이오매스를 이용한 바이오에탄올 생산에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 바이오에탄올 생산에 사용되는 원료들은 크게 당질계, 전분질계, 목질계 기반의 원료로 분류된다. 먼저 당질계와 전분질계 원료는 사탕수수, 옥수수, 고구마와 같은 식량자원 들이 대부분으로서 원료의 재배를 위한 부지확보에 있어 식량 작물과 바이오연료용 작물의 토지 이용 경쟁에 따른 윤리적인 문제가 제기된다. 또한 목질계 원료의 경우 비식용작물로서 비교적 높은 에탄올 생산 효율을 보이지만, 이용 가능한 자원이 한정됨에 따라 최근 바이오에탄올 생산을 위한 열대우림 훼손이 일어나고 있어 화석연료 사용량을 줄이기 위한 대체에너지 생산임에도 불구하고 지구온난화의 원인으로 지목되고 있다. 이러한 기존 바이오에탄올 생산 원료들의 단점을 극복하기 위한 수단으로서 미세조류는 최근 많은 연구자들에 의해 관심을 받고 있다. 생물학적 공정 기반의 미세조류 바이오에탄올 전환은 원료로 사용되는 미세조류에 따른 당 용액의 조성이 다르기 때문에 이를 이용하는 미생물의 종에 따라 전체 공정의 효율이 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 미세조류부터의 당 발효 시 보다 높은 바이오에탄올 생산 효율을 위해서는 적합한 미생물 종의 선정이 반드시 수반되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 바이오에탄올 생산에 널리 사용되는 미생물 균주들을 적용하여 미세조류 당 용액으로부터 바이오에탄올 생산에 가장 적합한 균주를 선정하고자 하였다. 바이오에탄올의 원료로 사용될 미세조류는 HR (Hydrodictyon Reticulatum )을 선정하고 한국화학연구원으로부터 분양 받아 실험에 사용하였다. HR은 글루코스를 다량 함유하고 효소 당화율이 매우 높아 바이오에탄올 생산에 적합한 것으로 알려져 있다. 연구결과 본 연구에 사용된 총 3가지 균주 중 Saccharomyces cerevisiae KCTC7017 (SC7017)가 가장 많은 에탄올을 생산하였으며, HR의 바이오에탄올 생산에 적합한 것으로 확인되었다. 하지만 당 용액의 환원당 농도가 높아질수록 발효 효율이 저하되는 현상이 관찰됨에 따라 고농도 당 용액에서 발효가 가능한 정제 농축방안의 개발이 수반되어야 할 것으로 판단된다.

Bioethanol was produced from Laminaria japonica hydrolystaes by sequential acidic (0.108 N HCl)/distilled water and enzymatic hydrolysis (Celluclast® 1.5 L) using Saccharomyces coreanus immobilized into/on aluminum silicate. Reducing sugar were hydrolyzed 140.5 and 122.7 mg/g-dry biomass under a acidic-enzymatic condition and a distilled waterenzymatic condition, respectively. In addition, the 8 repetition batch fermentations were carried out with the immobilized S. coreanus to verify the advantage of immobilization cell. As a result, we can obtain the ethanol of 12.1 ~ 24.3 mg/gdry biomass, and reuse the support, aluminium silicate, for 8 repetition batch fermentations without any breakdown.