폐어유 바이오디젤/바이오에탄올/디젤 연료 혼합물의 물리적 특성, 엔진 성능 및 배기가스 배출

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14024(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

현재 연구에서는 폐어유(WFO) 바이오디젤, 바이오에탄올, 석유-디젤을 함유한 다양한 3원 연료 혼합물의 물리화학적, 엔진 성능 및 배기가스 배출을 조사했습니다. WFO 바이오디젤은 폐어유로부터 에스테르교환법을 통해 제조되었습니다. 동점도, 밀도, 인화점, 유동점, 운점 및 열가를 포함한 다양한 물리화학적 특성을 다양한 연료 혼합물에 대해 측정하고 일반 석유-디젤과 비교했습니다. 1800rpm의 최대 부하 조건에서 단일 실린더 디젤 엔진을 사용하여 다양한 연료 혼합을 사용하여 엔진의 성능 및 배기가스 배출도 연구되었습니다. 3원 혼합연료의 엔진 토크, 엔진 출력, 열효율은 순수 석유디젤에 비해 각각 평균 ​​2.45%, 9.25%, 2.35% 감소한 것으로 나타났다. 평균 브레이크별 연료 소비량도 순수 페트로디젤에 비해 10.44% 증가했습니다. 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 미연소 탄화수소(UHC), 질소산화물(NOx)의 배출도 측정되었습니다. 또한 3원 혼합 연료를 사용하면 순수 석유 디젤에 비해 CO 및 UHC 배출량이 평균 각각 50.55% 및 43.87% 감소하는 것으로 나타났습니다. NOx 배출량도 순수 경유 대비 평균 28.25% 증가했다. 또한 3원 연료 혼합물의 WFO 바이오디젤과 바이오에탄올 함량을 조정하여 NOx 배출을 조정할 수 있다는 사실도 밝혀졌습니다.

화석연료 자원의 고갈, 탄소산화물(COx), 질소산화물(NOx), 미연소 탄화수소(UHC), 특정물질(PM) 배출 등 화석연료 연소로 인한 오염은 화석연료 활용에 있어 가장 우려되는 문제입니다1 ,2. 따라서 연구자들은 항상 화석 연료에 대한 적절한 대안을 찾고 있습니다. 태양에너지, 풍력에너지, 파력에너지, 지열에너지는 흥미로운 재생에너지원이다. 재생 에너지 자원 중 하나인 바이오 연료는 바이오 연료 사양이 디젤 연료와 유사할 수 있기 때문에 유사한 화석 연료 응용 분야에 적용될 수 있습니다. 바이오연료의 종류와 용도에 따라 바이오연료는 단독으로 사용하거나 화석연료와 결합하여 사용할 수 있습니다. 예를 들어 순수 바이오디젤은 보일러 연소 시스템에 적용될 수 있지만 바이오디젤과 석유디젤의 혼합물은 내연 기관에 적용될 수 있습니다3,4,5,6.

바이오에탄올은 설탕, 전분, 셀룰로오스 원료로부터 발효 및 가수분해 과정을 통해 생산할 수 있는 재생 가능하고 친환경적인 바이오 연료입니다6. 설탕, 옥수수, 밀, 감자, 줄기, 건초, 농업 폐기물, 당밀, 거대조류, 미세조류 및 해초와 같은 다양한 원료는 바이오에탄올 생산을 위한 잠재적 공급원료입니다7,8. 설탕, 옥수수, 감자와 같은 공급원료는 바이오 연료 생산을 위한 1세대 공급원료에 해당하는 식용 자원이며, 식품 대 연료 논쟁으로 인해 바이오에탄올 생산에 권장되지 않습니다. 농업 폐기물, 당밀, 거대조류, 미세조류 및 해초를 바이오연료 공급원료로 적용하는 것이 이 문제에 대한 적절한 해결책이 될 수 있습니다9. 바이오에탄올은 디젤 엔진에서 단일 연료로 사용할 수 없으며 석유디젤과 혼합하여 사용해야 합니다1,10. 디젤/바이오에탄올 혼합 연료를 사용하면 예혼합 연소율 증가, 열효율 향상, 매연 배출 감소1 등의 장점이 있습니다. 그러나 디젤 연료에 바이오에탄올을 첨가하는 데에는 디젤 내 바이오에탄올의 제한된 용해도, 저온 조건에서 연료 상 분리 가능성, 세탄가, 열가 및 일부 연료 사양에 대한 바이오에탄올의 부정적인 영향과 같은 몇 가지 과제가 있습니다. 인화점11,12. 디젤/바이오에탄올 연료 혼합물의 상 분리 문제를 해결하려면 유화제 또는 공용매를 첨가하는 것이 좋습니다. 다양한 잠재적 공용매 중에서 에스테르는 혼합 특성을 향상시키고 연료 혼합물에 대한 바이오에탄올의 부정적인 영향을 커버할 수 있기 때문에 에스테르의 적용이 권장됩니다10,13.