Original article Appl. Chem. Eng., Vol. 25, No. 5, October 2014, 515-519 http://dx.doi.org/10.14478/ace.2014.1078 515 돈지와 대두유를 이용한 바이오디젤 제조에서 메탄올과 에탄올의 혼합효과 이승범*⋅김형진 † 김포대학교 보건환경과, *단국대학교 화학공학과, (2014년 7월 16일 접수, 2014년 8월 9일 심사, 2014년 8월 12일 채택) The Mixing Effect of Methanol and Ethanol in Lard and Soybean Oil Based Biodiesel Production Seung Bum Lee* and Hyungjin Kim † Department of Health & Environment, Kimpo College, Gyeonggi 415-761, Korea *Department of Chemical Engineering, Dankook University, Gyeonggi 448-701, Korea (Received July 16, 2014; Revised August 9, 2014; Accepted August 12, 2014) 초 록 대두유와 돈지를 이용한 에스테르교환반응실험에서 메탄올과 에탄올의 혼합비율을 조절하여 제조된 바이오디젤의 연료특성을 평가하였다. 메탄올보다는 에탄올에 대한 유지의 용해도가 높았으며 에탄올의 몰비가 증가함에 따라 균질 한 바이오디젤 제조가 가능함을 확인하였다. 반응온도 60 ℃에서 메탄올과 에탄올의 혼합몰비가 6:6일 때 돈지의 경우 가장 우수한 바이오디젤 전환특성을 나타내었다. 또한 대두유의 경우 3:3일 때 가장 우수한 바이오디젤 전환특 성을 나타내었다. 대두유와 돈지를 원료로 하여 제조된 바이오디젤의 동점도는 40℃에서 각각 4.17∼4.35 cSt, 4.69∼ 4.93 cSt로 측정되었으며, 에탄올의 첨가비가 증가함에 따라 산화안정성과 고위발열량은 증가하였다. 산화안정성은 바이오디젤의 품질기준인 6 h 이상을 만족하였고, 고위발열량은 약 40 MJ/kg으로 나타났다. Abstract The fuel properties of biodiesel produced by changing the mixing ratio of methanol and ethanol in trans-esterification of soy- bean oil and lard were evaluated in this paper. The solubility of oil and fat in ethanol was higher than that in methanol. Also the more homogeneous biodiesel was produced as increasing the mole ratio of ethanol. The conversion characteristics of lard was the best at the mixing mole ratio of methanol and ethanol was 6 : 6 at the reaction temperature of 60 ℃. On the other hands, the best biodiesel conversion characteristics for soybean oil was obtained at the mixing mole ratio of 3 : 3. The kinematic viscosities of soybean oil and lard based biodiesel were 4.17∼4.35 cSt and 4.69∼4.93 cSt, respectively. The oxidation stability and higher heating value increased with increasing the mole ratio of ethanol. The oxidation stability satisfied the criteria of biodiesel quality of 6 hours. And finally, the higher heating value was approximately 40 MJ/kg. Keywords: biodiesel, soybean oil, lard, oxidation stability, higher heating value 1. 서 론 1) 석유계 연료의 고갈 및 환경문제로 인해 제안된 대체에너지 중 바이 오디젤은 유지와 메탄올과 에탄올 등 짧은 사슬을 갖는 알코올을 에스 테르교환반응(trans-esterification)시켜 제조하는 긴 사슬의 지방산 알킬 에스테르(fatty acid alkyl ester)로 정의할 수 있다. 동식물성 유지는 대 부분의 기존 디젤엔진에 사용하기에는 너무 높은 점도를 가지고 있다. 따라서 제조된 바이오디젤의 점도를 줄이기 위해 사용되는 가장 일반 적인 방법 중 하나는 에스테르교환반응이다. 전이에스테르는 동물성 † Corresponding Author: Kimpo College, Department of Health & Environment, Gyeonggi 415-761, Korea Tel: +82-31-999-4207 e-mail: tivoli@kimpo.ac.kr pISSN: 1225-0112 eISSN: 2288-4505 @ 2014 The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry. All rights reserved. 지방이나 식물성 기름에서 triglyceride 분자가 에스테르와 글리세롤의 형태로 염기성 촉매의 존재 하에 알코올과 반응하는 과정이다. 에스테 르교환반응의 각각의 단계에서 염기성 촉매와 메탄올로부터 생성된 methoxy기가 triglyceride의 carbonyl기의 탄소를 공격하여 활성 중간체 를 형성하면서 순차적으로 diglyceride와 monoglyceride, 그리고 글리 세롤을 생성한다[1,2]. 바이오디젤은 재생 가능한 에너지로 석유계 디 젤에 비해 이산화탄소 배출량이 78%로 낮아 지구온난화를 감소시키 고, 높은 인화점(150 ℃)으로 인해 휘발성이 적어 수송 등에 사용이 유 리한 연료이다[3-5]. 또한 동식물성 유지에 비해 낮은 점도를 갖고 있 으며, 독성이 없는 연료로 주목받고 있다. 바이오디젤 제조과정에서 사 용되는 메탄올은 사용범위가 넓고, 가격이 싸며 반응속도가 빠르다는 장점이 있으나 대부분 석유와 천연가스와 같은 화석연료로부터 생산 된다는 단점이 있다. 이에 비해 에탄올은 유지에 대한 뛰어난 용매특 성을 가지며 독성이 적고 바이오디젤을 제조할 경우 생분해성이 뛰어