바이오디젤은 중립연료로써 친환경 연료로 알려져 있으며, 육상에서는 일정 비율을 의무 혼합하는 정책을 시행하고 있다. 본 연구에서는 바이오디젤의 선박 연료로써의 사용 가능성을 검증하기 위해 선박용 경유와 바이오디젤의 혼합비율 0 %, 5 %, 10 %, 20 %에 대해 성분 분석, 금속 부식성 실험, 저장 안정성 실험을 수행하였다. 성분 분석은 ISO 8217:2017 기준에 따라 밀도, 동점도, 인화점 등 총 8가지를 평가하였으며, 180일 동안 상온과 가혹 조건(60 ℃)에서 금속 부식성 실험과 저장 안정성 실험을 통해 바이오디젤 신뢰성을 검증 하였다. 연구 결과, 성분 분석은 바이오디젤 모든 혼합비율에서 ISO 8217:2017 기준을 만족하였으며, 바이오디젤 비율에 따라 동점도, 밀 도, 산값은 혼합비율이 높아질수록 높게 나타났으며, 황분은 혼합비율이 높아질수록 낮게 나타났다. 금속 부식성은 탄소강, 철, 알루미늄, 니켈의 경우 부식이 거의 발생하지 않았으나, 구리의 경우 60 ℃ 환경 바이오디젤 20 % 혼합에서 산소가 풍부한 바이오디젤의 영향으로 부식이 발생하였다. 저장 안정성은 모든 바이오디젤 혼합비율을 180일 동안 상온과 가혹 조건에서 저장한 결과, 변색, 슬러지 발생, 연료 분리가 육안으로 확인되지 않았다.

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.

In this study, the effects of fuel injection pressure changed from 45 to 65 MPa on combustion and emission characteristics were investigated in a common rail direct injection (CRDI) diesel engine fueled with diesel and palm oil biodiesel blends. The engine speed and engine load were controlled at constant 1700rpm and 100Nm, respectively. The tested fuel were PBD20 (20 vol.% palm oil biodiesel blended with 80 vol.% diesel fuel). The main and pilot injection timing was fixed at 3.5°CA BTDC and 27°CA BTDC (before top dead center), respectively. The experimental results show that the combustion pressure and heat release rate increased. In addition, the indicated mean effective pressure (IMEP) and maximum combustion pressure increased with an increase of the fuel injection pressure. Hydrocarbon (HC), smoke opacity and carbon monoxide (CO) decreased, but oxides of nitrogen (NOx) emissions increased as fuel injection pressure increased.

기존 주경로 연구는 과거 핵심기술의 진화를 구조화하는데 적합하나, 패러다임 전환기의 잠재적 후보기술 파악과 주류기술 교체를 예측하기는 어렵다. 본 연구는 링크 중요도, 성장 속도 지표, 핵심 루트 방법을 복합해 특허 인용 네트워크로부터 주경로상의 기술을 대체할 잠재적 후보기술들을 파악하는 방법을 제시한다. 링크 중요도에 기반해 주경로를 도 출하고, 성장 속도 지표를 활용해 주경로 대비 고성장하는 잠재적 후보기술 경로들을 도출한다. 성장 속도 지표는 상대적 성장성 평가에 활용되고, 이를 통해 주경로를 교체할 가능성이 높은 잠재적 후보기술을 파악할 수 있다. 차세대 기술 후보들이 다수 등장해 경쟁하고 있는 바이오 연료기술에 적용한 결과 실제 차년도에 주경로상의 기술을 교체하는 후보기술들을 파악할 수 있었다. 기술 패러다임 전환기 후보기술에 대한 정량적 분석을 가능하게 하고, 주 경로 기법의 활용범위를 미래기술 예측으로 확대한 측면에서 학문적 의의가 있다. 실무에서 는 차세대 후보기술 파악의 정확도 제고에 기여할 수 있다.

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.

본 연구에서는 바이오매스로서 코코넛 폐기물을 600℃에서 열분해하여 생성된 수상오일(water soluble oil)을 얻었다. 선박유로 사용되는 MDO(Marine Diesel Oil)와 바이오매스로서 코코넛 폐기물을 열분해하여 생성된 수상오일을 MDO에 15∼20% 까지 혼합 후 유화시켜 제조된 바이오에멀젼 연료의 연소 특성에 대하여 연구 하였다. 엔진 배출가스 및 온도, 출력을 측정하기 위하여 엔진 다이나모메터를 사용하였다. 바이오에멀젼 연료는 수분이 함유되어 있어서 연소실내의 기화잠열을 빼앗아가 배출가스의 온도를 낮춰주는 것으로 나타났다. 바이오에멀젼 연료에 함유된 수분이 연소실내에서 미세폭발을 일으켜 연료를 잘게 쪼개어 주어 매연을 감소시키는 것으로 나타났다. 바이오에멀젼 연료의 사용으로 연소실내의 온도 감소는 질소산화물 배출을 저감하는 것으로 나타났다. 바이오오일 함유량이 증가 하면 수분함량도 증가하여 전체 발열량이 줄어들게 된다. 따라서 출력이 바이오에멀젼 연료 사용량에 비례하여 감소하는 특성을 나타내었다. 선박용 연료로 사용되는 중질유는 매연과 질소산화물을 많이 배출한다. 선박용 연료로 바이오에멀젼 연료를 사용하면 매연과 질소산화물 배출을 줄여줄 수 있을 것으로 기대된다.

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.

액상 바이오연료를 생산할 수 있는 하수슬러지는 자국의 에너지 안보와 지속가능한 생산이 가능하고 경제적인 원료로 여겨지고 있다. 열화학적 기술은 하수슬러지를 에너지화, 연료화할 수 있는 가장 효과적인 방법이다. 일반적으로 하수슬러지는 수분 함량이 80% 이상으로 높은 금속 함량과 14 ~ 20 MJ/kg의 발열량을 갖고 있다. 본 논문에서는 하수슬러지를 활용한 액상 바이오연료를 생산하는 열분해 반응, 전이에스테르화 반응, 초임계 반응 기술에 대해 살펴보고자 한다. 또한, 하수슬러지 유래 액상 바이오연료의 연료적 특성과 액상 바이오연료와 관련한 국내 법에 대해 검토하였다.

The diesel engine is excellent in economic and thermal efficiency, and is widely used as a power source for industries and automobiles. However, the problem of environmental pollution caused by exhaust gas has recently become serious and the development of alternative energy resources is urgently required due to depletion of fossil fuel. Because biodiesel is similar in properties to light oil, it is being used as fuel for diesel engines by replacing or mixing conventional light oil. As the blending of biodiesel fuel in diesel increases, the emission of harmful substances is decreased as compared with the general diesel fuel, and the supply is increasing. In this study, the effects of biodiesel fuel on engine power and exhaust gas were investigated, and empirical formulas for various NOx and Smoke exhaust gases were derived based on biodiesel blending fuel.

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.

The biomethane fuel used in this study was produced from domestic biogas plants and used the same fuel currently used for CNG vehicles. The components were analyzed, and a gas chromatograph mass spectrometer (GC/MS) was used for component analysis. As a result of analyzing 4 peak values of them, phenethylamine, cyclotrisiloxane, cyclotetrasiloxane and cyclopentasiloxane were detected at the running times of 1.422min, 6.550min, 11.500min, and 14.833min. Most of them were composed of siloxane series, and some other components were present.

Biodiesel fuel (BDF) can be effectively used as an alternative fuel in diesel engines. The BDF, however, may affect performance and exhaust emissions of the diesel engine because it's physical and chemical properties are different with from the diesel fuel such as viscosity, compressibility and so on. To investigate an effect of injection timing on characteristics of performance and exhaust emissions with the BDF in an IDI diesel engine, this research applied the BDF derived from soybean oil in this study. The engine was operated with six different injection timings from TDC to BTDC 12 ˚CA and six different loads at the engine speed of 1500 and 2000 rpm. In less then the BDF 20, it showed the similar trend compare to the diesel fuel. But, the best injection timing was 2˚CA retarded compare to the diesel fuel with BDF 50.

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.