Bio Diesel1조 : 구두산 김종성 임지성윤영선 정혜민Ⅰ. 바이오디젤바이오 디젤이란? 콩, 유채, 쌀겨 등에서 추출한 식물성 기름, 동물성 기름, 폐식용유 등 재생 가능한 자원을 촉매 존재 하에 알코올과 반응시켜 생성하는 에스테르화 기름을 말하며, 경유와 물성이 유사하므로, 경유에 대체 또는 혼합하여 디젤 엔진에 사용 할 수 있도록 만든 대체에너지이다.Ⅱ 바이오디젤 생산공정(1) 바이오디젤 생산 반응 메커니즘CH₂-O-CO - R₁CH -O-CO - R₂+ 3 R - OHCH₂-O-CO - R₃ 촉매 CH₂- OHCH - OH + 3R -O -CO-RCH₂- OH바이오디젤의 제조 반응은 알칼리(또는 산, 효소)촉매 하에서 3개의 메탄올(알콜 류) 중 1개의 메탄올과 동식물성 유지의 지방 성분인 트리글리세리드가 전이에스테르반응에 의해 di글리세리드와 1개의 지방산 메틸에스테르를 생성하며 순차적으로 mono글리세리드, 글리세린이 생성되면서 각각 지방산 메틸에스테르가 만들어져 총 3개의 지방산 메틸에스테르가 생성된다.(2) 바이오디젤 생산에 필요한 일반적인 공정 (대규모 플랜트의 경우)촉매, 메탄올 준비공정 → 원료 전처리 공정(불순물, 수분, 유리 지방산제거) → 반응공정 → 분리 공정 → 메탄올 회수 공정(과량의 메탄올 투여) → 분리공정 → 세척공정 → 건조공정 → 후처리 공정 (탱크이송 및 첨가제 투여, 글리세린 정제 등)(3) 바이오디젤 생산방법○ 염기촉매를 이용한 에스테르교환반응을 이용한 방법○ 직접 산 촉매를 이용한 에스테르반응을 이용한 방법○ 효소촉매를 이용한 방법○ 지방산으로 전환한 후 바이오디젤을 생산하는 방법등이 있다.Ⅱ-1 에스테르화Ⅲ 바이오디젤의 문제점○ 일부차종의 결함CRDi 엔진의 취약점은 연료의 유동성이 떨어질 경우 연료 분사할 경우 문제를 일으킬 수 있다는 것과 연료에 수분이 포함될 경우 엔진계통의 부식을 일으킬 수 있다는 것이다. 바이오 디젤은 위의 두 가지 취약점을 모두 포함하고 있어 CRDi엔진에 사용 시 문제를 일으키지 않도록 완제품 생산시 수분을 제거시켜야 하며, 저온에서도 유동성이 떨어지지 않도록 첨가제를 포함시켜야 한다.○산화성바이오디젤은 탄화수소 고리 끝에 산소를 함유하고 있어 강한 산화력을 갖는다.바이오디젤의산화장점자연 상태에서 28일 만에77% 분해된다.친환경적인 성질로 자연 중으로누출 되더라도 환경적피해가 거의 없다.단점수송용 연료로서 저장하는데있어 문제점 발생산화제를 첨가하는 방법을 통해 해결이 가능하다.Ⅲ-1 장단점[장점]○ 수력 발전에 비해 친환경적이다.○ 연 유지비가 투자비의 3.63%로 아주 낮다.○ 비교적 설계 및 시공기간이 짧다.○ 주위의 인력이나 자재를 이용하기가 쉽다.○ 민간 주도의 반영구적 공익사업으로서 지역 개발의 촉진과 이로 인한 경제적 파급 효과를 극대화시킬 수 있다.[단점]○ 초기 투자비용이 많다.○ 자연낙차가 큰 소수력발전 입지는 매우 제한되어 있기 때문에 저낙차이면서도 고 낙차 소수력 발전소에 비하여 경제성 면에서 뒤지지 않는 저낙차용 수차의 개발이 시급하다.Ⅳ 폐식용유중 글리세롤의 재이용?추가 생성물질인 글리세롤로 비누 만들기준비물 : 가성소다 (NaOH), 플라스틱 그릇 2개(큰 것, 작은 것), 막대, 고무장갑, 마스크,폐식용유 4L, 증류수 1L, 가성소다 0.5kg①가성소다 500g에 물(or 증류수) 약 0.91L 정도를 넣고 연기가 날 때까지 잘 저어준다.(이때! 약간의 열이 발생)②준비한 폐식용유 3.31L를 붓고 식용유가 물렁물렁할 때까지 막대기로 30분가량 저어준다.③막대기로 저어준 혼합물은 비누모양을 만들 틀에 부어 굳을 때까지 말려준다.※ 주의사항 ※ ①식용유의 찌꺼기는 잘 걸러 줘야한다. ②가성소다 취급 시 고무장갑을 끼고, 독한 냄새가 나므로 마스크를 착용한다. ③ 막대기는 한 방향으로만 젓는다. ④가성소다수가 섞이면 일시적으론 하얀색이나 곧 덩어리진 흑갈색으로 바뀌니 걱정할 것 없다. 이것은 비누가 응고되는 과정에 일어나는 일이다. ⑤시간이 지나면서 막대로 저어주기 힘들 정도로 용액이 뻑뻑해지면 응고가 잘 되고 있는 것이니 억지로 휘휘 젓지 않는다.1. 실험계획표날 짜할 일수행정도기 타6월 23일자료검색, 정리상, 중, 하바이오 디젤 생성 방법, 필요한 기구 및 소모품6월 24일"상, 중, 하글리세린을 이용한 비누 생성방법, 필요한 기구 및 소모품6월 25일"상, 중, 하검색한 자료를 정리하고 그것을 이용해 구체적인 실험계획 세우기7월 4일재료 및 기구 준비상, 중, 하정리한 자료와 실험계획을 통해 필요한 재료와 기구 파악7월 11일"상, 중, 하필요한 재료와 기구 구비7월 18일1차 실험상, 중, 하준비 된 기구와 재료를 이용하여 정리된 자료에 근거해 실험실험 보고서 작성상, 중, 하실험 결과를 바탕으로 새로 알게 된 점, 유의사항, 결과 등을 정리해 보고서 작성7월 25일2차 실험상, 중, 하준비 된 기구와 재료를 이용하여 정리된 자료에 근거해 실험실험 보고서 작성상, 중, 하실험 결과를 바탕으로 새로 알게 된 점, 유의사항, 결과 등을 정리해 보고서 작성8월 1일3차 실험상, 중, 하준비 된 기구와 재료를 이용하여 정리된 자료에 근거해 실험실험 보고서 작성상, 중, 하실험 결과를 바탕으로 새로 알게 된 점, 유의사항, 결과 등을 정리해 보고서 작성8월 8일4차 실험상, 중, 하준비 된 기구와 재료를 이용하여 정리된 자료에 근거해 실험실험 보고서 작성상, 중, 하실험 결과를 바탕으로 새로 알게 된 점, 유의사항, 결과 등을 정리해 보고서 작성8월 15일최종 실험상, 중, 하1~4차 실험의 추가 생성물인 글리세린을 이용해 비누 생성실험 보고서 작성상, 중, 하실험 결과를 바탕으로 새로 알게 된 점, 유의사항, 결과 등을 정리해 보고서 작성8월 16일최종 실험 보고서 작성상, 중, 하5차에 걸친 실험을 바탕으로 최종적으로 실험 보고서를 작성 한다.2. 필요한 실험 기자재 및 소모품(1)바이오 디젤(Bio-diesel) - 폐식용유, 수산화칼륨(KOH), 증류수, 이소프로필렌 알콜(propanol 99.9%), 메탄올(CH3OH), 수산화나트륨(NaOH), 망, 비이커(2L, 250ml, 100ml), 피펫, 산도 측정기(또는 pH용지), 교반기, 유리막대, 가열기...(2)비누 - 폐식용유(글리세린), 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3), 모형틀, 비이커1000ml(비누제조용),비이커 500ml(수산화나트륨 용액 제조용), 메스실린더, 유리막대, 약숟가락, 저울, 체(석면망), 알코올램프...3. 실험방법(1)바이오 디젤① 폐식용유를 망에 걸러 45℃ 가열하여 보관한다.② 폐식용유의 산도를 측정하기 위해 표준용액을 만든다.증류수 1리터에 수산화칼륨(KOH) 1그램을 섞어서 보관한다.③ 100밀리리터 비이커에 이소프로필렌 알콜(propanol 99.9%) 10ml를 넣어 준비한 것과 폐식용유 1ml를 혼합하여 섞어 둔다.④ 폐식용유와 이소프로필렌 알콜을 섞은데다가 표준용액을 피펫으로 0.5밀리리터씩 넣어 산도를 측정한다.⑤ 산도의 수치가 8로 올라갈 때를 기점으로 정확한 그래프로 계산하여 수치를 정하는데 만약 0.5씩 넣는 회수가 3번 정도 넣었는데 PH가 7~8이 나오면 1.5 정도로 잡고 여기에다 기본 값 9를 더하여 10.5그램의 수산화나트륨을 기본 값으로 한다.⑥ 메탄올 200ml에 수산화나트륨 기본 무게인 10.5g을 섞는데 이것이 식용유 1리터에 넣는 양이다.(1회 실험 당 폐유 4L사용→메탄올 400ml에 수산화 나트륨 42g) 이것을 45℃로 끓인 폐식용유에 부어 넣는다. (이때 냄새가 심하게 나니 메탄올을 사용할 때는 마스크를 착용하거나 후드 내에서 작업하는 것이 안전하다.)⑦ 부어넣은 식용유를 교반기에서 약 10분 정도 세차게 섞어준다. 섞어준 후 하루를 지나면 약 80% 정도의 폐식용유와 바닥에 20% 정도의 글리세린이 남는다. 바닥의 검은 액체가 글리세린인데 이것은 따로 보관하여 비누를 만들 때 사용할 것이다.⑧ 글리세린과 분리한 폐식용유에다가 물을 식용유량의 1/3을 아주 천천히 넣어주면서 유리막대로 저어준다. 약 20분 정도 저으면 식용유와 물이 혼합되어 하얀 우유같이 변한다.그래도 계속 저어주면 바닥에 하얀 액체가 남는다. 하얀 액체는 잔여 글리세린 성분이 녹은 물이다. 이 물은 버리고, 다시 물을 1/3정도 넣어 저어주면 하얀 액체가 아주 연해지면서 거의 물방울이 가라 앉아 보이게 된다. 이때 물을 따라서 버려주고 그 기름을 따로 보관하여 둔다.⑨ 위의 과정에서 생성된 기름을 60도 정도로 가열 해야하기 때문에 될 수 있는 대로 플라스틱 통보다는 철로 된 양동이나 아니면 두꺼운 플라스틱 통을 준비한다. 준비된 통에 식용유를 넣어 60℃로 가열하게 되면 식용유가 물처럼 맑아지게 된다. 하지만 식게 되면 색깔이 누렇게 변하게 된다. 그 때 한, 두번 더 60℃로 가열하여 완전히 식어도 물처럼 맑아졌을 때 그것이 바이오디젤이 된다.(2) 비누① 35% 수산화나트륨 용액 제조물 145ml에 수산화나트륨 90g을 조금씩 넣으면서 저어준다.② 폐식용유 여과폐식용유를 체로 걸러서 찌꺼기를 제거한다.③ 교반 및 가열1000mL비이커에 폐식용유 400mL를 넣고 준비된 수산화나트륨 용액을 천천히 가하면서 1 시간 정도 교반 가열한다. 비누용액을 막대기로 찍어 물엿처럼 흘러 떨어지면 교반을 중단한다.④ 성형비누용액이 식기 전에 탄산나트륨을 20g 정도 넣어 섞은 후 틀에 부어준다.⑤ 건조2주 정도 통풍이 잘되는 곳에서 건조한 후 비누로 사용한다.
