질의 응답

바이오디젤은 자연에서 얻어지는 재생가능한 디젤엔진용 대체연료 입니다. 바이오디젤은 동물성기름, 식물성기름 그리고 해조류 기름 등으로 부터 유래하는 일종의 긴 사슬 에스터인 모노-알킬에스터로 구성되어 있습니다. 예를 들어, 식물성 기름은 전이에스터반응이라 불리는 화학공정(과다한 폐기물 발생) 또는 효소공정(환경친화적)에 의해 바이오디젤로 전환됩니다. 바이오디젤은 디젤과 혼합해서 사용될 수도 있고 단독으로 사용될 수도 있습니다. 혼합된 바이오디젤은 BDXX로 표기되며 이 때 XX는 디젤에 혼합된 바이오디젤의 부피%입니다.

바이오디젤은 화석연료 기반 디젤과 특성이 매우 유사합니다. 바이오디젤은 거의 모든 디젤엔진의 연료로 사용이 가능하며 탄소중립연료로 분류됩니다. 탄소중립연료란 연료로 사용시 대기중 탄소량의 순 증가가 없는 연료를 말합니다. 이런 면에서 보면, 대기중 탄소량을 증대시켜 기후온난화를 일으키는 화석연료 기반 디젤과 다르다는 것을 알 수 있습니다. 또한 바이오디젤은 산성비의 주범인 황 성분을 전혀 포함하고 있지 않습니다. 바이오디젤 사용시 발생되는 배가스는 디젤연료에 비해 아주 소량의 발암물질이나 고위험성 분진을 포함하고 있어 공공의 건강에 훨씬 유익합니다.

바이오디젤은 연료분사시스템에 우수한 윤활성을 제공합니다. 5%의 바이오디젤만 혼합하여도 저유황경유의 윤활성은 극적으로 개선되며 엔진의 연료분사시스템의 수명이 크게 늘어납니다.

바이오디젤용 원료물질은 100% 자연에서 얻어지는 2세대 회수식용유, 동물성기름, 산성기름 그리고 브라운그리스 등입니다. 그리스트랩이나 페수처리시설에서 얻어지는 브라운그리스는 자유지방산의 함량이 20%를 초과하기 때문에 동물성 사료로 사용할 수 없습니다. 그러나 효소공정을 이용하면 자유지방산 함량에 관계없이 거의 모든 원료를 바이오디젤로 전환시킬 수 있습니다.

Transbiodiesel사의 효소기술을 이용하여 국제규격(ASTM 또는 EN)에 적합한 바이오디젤을 생산할 수 있는 대표적인 원료들은 다음과 같습니다.

– 브라운 그리스

– 산성 기름(팜유, 대두유, 유채유, 옥수수기름 등으로부터 얻을 수 있는 산성 기름)

– 동물성기름(카테고리 No. 1)

– 슬러지 팜오일

– 바이오에탄올 공장에서 부산물로 나오는 옥수수 기름

– 고산가 회수 식용유

– 동물성기름(닭기름, 소기름, 돼지기름 등)

최근에는 비식용유인 자트로파 기름도 바이오디젤용 원료로 사용되고 있습니다. 해초로부터 기름을 생산하기 위한 많은 연구 및 노력이 경주되었으나 상업용 생산 까지는 아직 많은 시간이 필요할 것으로 보입니다. 현재는 식용유가 바이오디젤용 원료로서는 최고라 할 수 있습니다. 그러나, 바이오디젤 산업에서의 수요로 인해 식용유와 같은 식용기름의 가격이 지속적으로 올라가기 때문에 저렴하며 좋은 폐기성 동물기름을 바이오디젤 원료로 사용함이 타당하다고 여겨지나 동물성기름을 전통적인 화학공정에 의해 바이오디젤로 전환하는 과정에서 다량의 자유지방산으로 인해 바이오디젤이 아닌 많은 양의 비누성분을 만들어 낸다는 치명적인 단점을 가지고 있습니다.

식물성 버진오일은 순수하여 비누성분이나 다른 불순물을 생성시키지 않아서 전통적인 바이오디젤 생산공정에서는 최상의 원료라고 할 수 있으나 가격이 고가라는 단점이 있습니다. 소비자 지지모임은 5% 미만의 자유지방산을 내포하는 식당에서 수거된 폐식용유를 회수하여 사용하기를 적극적으로 권장하고 있습니다. 폐식용유는 저렴하기 때문에 바이오디젤 생산 목적으로 매우 적합하며, 더욱이, 연료로 사용시 폐기물 발생이나 오염으로부터 환경을 보호할 수 있다는 장점이 있습니다.

대두유, 해바라기유, 유채유, 옥수수유, 땅콩유 등의 다양한 여러 가지의 식물성기름들이 사용될 수 있습니다. 이들 기름 중에 유채유, 대두유 그리고 해바라기유가 최상의 기름이고 옥수수기름과 땅콩기름은 사용하는데 문제가 없는 기름이나 코코넛기름, 팜유 그리고 수소와 화합된 기름은 상온에서 고체상태이기 대문에 액체상태로 만들기 위해서는 예비가열이 필요하기에 바이오디젤용 원료로서는 부적합 원료라고 할 수 있습니다.

TBD사의 효소공정기술 적용 시 기름 원료의 순도에 따라 효소 1톤 당 바이오디젤 생산량은 3,000톤에서 5,000톤 정도입니다. 실험실적 연구결과와 현장에서의 실제 경험에 의하면 상온에서 액체상태의 순수한 원료기름을 사용했을 때 효소 1톤 당 5,000톤 이상의 바이오디젤을 생산할 수 있었습니다.

효소 1톤으로 3,000톤의 바이오디젤을 생산한다고 가정하면 40,000톤의 바이오디젤 생산을 위해서는 13.3톤의 효소가 필요합니다.

구매량에 따라 킬로그램당 효소의 가격은 $150에서 $300 입니다. 1톤의 바이오디젤 생산에 들어가는 효소비용은 $35에서 $55 사이입니다(갤론당 $0.12-$0.18)

최대 100% 자유지방산을 함유하는 원료기름(가격이 저렴)을 ASTM 및 EN규격에 적합한 바이오디젤을 생산할 수 있습니다.

상온에서 에스테르반응과 전이에스테르 반응이 이루어 지기 때문에 에너지 절감을 할 수 있습니다.

원료기름의 가격이 저렴하므로 전체 효소공정가격이 매우 낮습니다. 효소공정은 어떤 원료기름을 사용하더라도 99% 이상의 바이오디젤 전환이 가능합니다.

투명하고 염기가 없는, 상대적으로 고 품질의 글리세롤을 생산할 수 있습니다. 글리세롤의 순도는 자유지방산의 함량에 따라 다르나 원료기름으로 엘로우그리스를 사용했을 때 평균적으로 80% 정도입니다.

생산설비는 전세계 대부분 국가에서 만들 수 있습니다. 그렇지 않으면 Transbiodiesel사가 이스라엘에 있는 장치설계 및 제작관련 협력사인 멥타곤(meptagon)사에 의뢰하여 제작하고 전세계 어디든 공급할 수 있습니다.

물론 가능합니다. TBD는 설비 관련 협력사인 Meptagon사와 함께 최상의 적절한 도움을 드립니다

TBD사의 효소나 효소공정은 생산량에 관계없이 회분식 및 연속식 공정으로 사용할 수 있도록 준비가 모두 되어 있습니다

효소를 40도 이상에 노출시키거나 pH가 강산 또는 강알칼리가 아니면 문제가 없습니다

반응 혼합물(기름:메탄올, 기름:에탄올)의 비율을 몰기준 1:5로 하시고 반응온도는 35도에서 40도 사이로 유지하여 주세요. 효소공정은 연속식 공정으로 운전이 가능하며 국제규격에 적합한 바이오디젤 생산을 위해서는 증류공정과 같은 후처리 공정이 반드시 필요합니다.

연간 바이오디젤 생산량이 동일하다면 효소공정에 소요되는 설비 투자비는 전통적 화학공정에 소요되는 설비 투자비와 거의 동일합니다.

효소를 이용한 에스테르반응과 전이에스테르반응은 수분에 대해 매우 관대합니다. 원료기름에 10% 이하의 수분은 효소반응에 문제가 없습니다.

효소를 이용한 에스테르 반응과 전이에스테르반응시 수분에 대한 허용치가 크기 때문에 원료기름에 수분이 존재해도 문제가 없으며 효소반응 후 수분은 글리세롤과 함께 제거가 용이합니다.

사용되는 메탄올의 양은 원료기름에 존재하는 자유지방산의 양에 따라 달라집니다. 자유지방산이 없는 원료기름에는 무게비로 15%의 메탄올이 필요하고 15%의 자유지방산을 함유하는 원료기름에는 20%의 메탄올 사용을 권장합니다. 초과 사용된 메탄올은 수분 함량에 관계없이 회수하여 재 사용할 수 있습니다.

현재 바이오디젤은 2마이크론 이상의 입자를 모두 제거해야 합니다. 효소반응기 전에 5마이크론 이상의 입자는 모두 제거해야 효소반응기 내에서의 막힘현상을 피할 수 있으며 레진 반응기에서의 파울링을 방지할 수 있습니다.

글리세롤의 가격은 품질에 따라 다릅니다. 효소공정으로부터 생산되는 글라세롤의 가격은 순도와 적용분야에 따라 $200에서 $400 입니다

– 고산가 원료기름은 대부분 흑색에 가깝습니다. 효소공정으로부터 생산된 바이오디젤과 글리세롤은 어떤 색 입니까? 표백과정이 필요합니까?

효소공정을 거쳐도 색깔은 변함이 없습니다. 친수성 색을 띠는 물질은 글리세롤 상으로 가게되며 소수성 색을 띠는 물질은 바이오디젤 상 쪽으로 가게 됩니다. 효소공정 후 증류과정을 거치면 바이오디젤의 색깔은 거의 흰색에 가깝습니다.

매우 고품질의 글리세롤을 얻을 수 있습니다. 소량의 수분과 메탄올 성분이 글리세롤에 포함되나 거의 무색에 가깝습니다.(사진 첨부)

효소 1킬로그램으로 최소 3톤의 바이오디젤을 생산할 수 있으며 원료기름의 품질에 따라 최대 5톤의 바이오디젤 생산이 가능합니다. 효소의 수명은 원료기름의 품질에 따라 6개월에서 10개월 정도 됩니다.

효소공정에서 발생되는 폐기물은 없습니다. 사용 후 효소촉매는 소각 또는 매립하여 처리할 수 있습니다. 바이오디젤이나 글리세롤에는 지방산이 없기 때문에 요구되는 스펙을 만들기 위해서는 단지 물리적 처리만 해도 됩니다.

TBD의 효소촉매는 에스테르 반응과 전이에스테르 반응을 동시에 행하기 때문에 원료기름내에 자유지방산이 많을수록 전환효율은 올라갑니다.

원칙적으로 원료기름에는 5마이크론 이상의 입자성물질이 없어야 합니다. 1마이크론 이상의 입자성 물질이 없다면 최상입니다. 그러나 입자성 물질의 크기가 입자성 물질의 존재여부를 결정하는 적절한 기준은 아닙니다. 입자성 물질은 효소반응기 내의 스크린을 막을 수 있고, 스크린을 통과한 입자성 물질은 글리세롤 상으로 들어가게 됩니다. 원료기름내의 입자성 물질 제거는 경우에 따라서 매우 힘든 작업이기 때문에 원심분리기를 사용한 입자성 물질 제거를 권합니다.

비누 발생은 전혀 없으나 에스테르 반응에 의해 소량의 물은 발생합니다.

효소촉매공정은 콜드소크에 신경을 쓰지 않습니다. 콜드소크는 결정체의 형성 여부에 관련이  많으며 원료기름의 성질에 따라 달라집니다. 예를 들어 동물성 기름은 콩기름보다 좋지 않습니다. 콜드소크를 개선하기 위한 다양한 후 처리 공정이 존재합니다.

동물성비계에는 많은 양의 자유지방산이 존재합니다. 메탄올과 함께 염기성 촉매인 나트룸메틸레이트 또는 나트륨하이드록사이드를 사용하는 전통적 화학공정에서는 자유지방산이 염기성 촉매와 반응하여 비누라 불리는 지방산나트륨염을 만들게 됩니다. 이에 반해, TBD사의 효소촉매 공정에서는 어떤 비누도 만들지 않고 중성지방산과 자유지방산 모두 바이오디젤로 전환시킵니다.