최근에 뉴스를 읽거나 시청했다면 아마도 유가 및 유가와 관련된 기사, 스니펫 또는 소리를 접했을 것입니다. 일상 속에서도 누군가가 그것을 언급할 가능성이 높습니다. 자동차, 경제, 역사, 지리 또는 정치에 관계없이 석유는 우리 일상 생활의 거의 모든 측면에 스며들었습니다. 소비자가 매일 사용하는 가장 많이 논의되고 논란이 되는 상품 중 하나입니다.
석유에 대한 이 모든 이야기는 가솔린 대체품에 대한 지속적인 관심을 촉발합니다. . 전기 자동차와 수소 연료 전지와 같은 것들이 석유의 실현 가능한 대안으로 거론되고 있습니다. 기술이 향상되면 이러한 개념이 현실이 될 수 있습니다. 하지만 지금은 어떻습니까?
바이오연료는 혼합에서 길을 잃습니다. , 화석 연료 대신 생물학적 성분으로 만든 연료. 이러한 출발 성분은 만드는 연료의 유형과 생산 방법에 따라 옥수수에서 대두, 동물성 지방에 이르기까지 다양합니다.
이 문서에서는 바이오디젤에 대해 자세히 살펴보겠습니다. , 주요 바이오 연료 중 하나. 우선, 자동차 엔진 작동 방식 및 디젤 엔진 작동 방식을 확인하여 배경 지식을 얻는 것이 좋습니다. 그런 다음 다시 돌아가서 바이오디젤 사실과 허구를 구분하겠습니다.
일반적으로 바이오디젤은 석유(또는 원유) 대신 생물학적 성분으로 만든 표준 디젤 연료의 대안 또는 첨가제입니다. 바이오디젤은 일반적으로 식물 기름으로 만들어집니다. 또는 동물 지방 일련의 화학 반응을 통해 둘 다 무독성입니다. 및 재생 가능 . 바이오디젤은 본질적으로 식물과 동물에서 나오므로 농업과 재활용을 통해 공급원을 보충할 수 있습니다.
바이오디젤은 안전하며 수정이 거의 또는 전혀 필요하지 않은 디젤 엔진에 사용할 수 있습니다. 바이오디젤은 순수한 형태로 사용할 수 있지만 일반적으로 표준 디젤 연료와 혼합합니다. . 블렌드는 Bxx 약어로 표시됩니다. , 여기서 xx 혼합물에서 바이오디젤의 비율입니다. 예를 들어 가장 일반적인 혼합은 B20입니다. , 또는 20% 바이오디젤에서 80% 표준. 따라서 B100 순수 바이오디젤을 의미합니다.
그러나 바이오디젤은 포괄적인 용어가 아닙니다. 또한 산업 표준 제공을 담당하는 조직인 ASTM International(이전에는 American Society for Testing and Materials)에서 인정한 공식 기술 정의가 있습니다. NBB(National Biodiesel Board)에 따르면 바이오디젤의 기술적 정의는 다음과 같습니다.
거칠게 들리지만 생각보다 훨씬 더 친숙합니다. 매일 이러한 지방산을 접하게 됩니다. 다음 섹션에서 더 자세히 살펴보겠습니다.
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 사진 제공 National Biodiesel Board 대두를 바이오디젤로 만들 수 있습니다. |
바이오디젤이 그토록 매력적이고 흥미로운 이유 중 하나는 바이오디젤이 수많은 천연 공급원에서 만들어질 수 있다는 것입니다. 동물성 지방을 사용할 수 있지만 식물성 기름 바이오디젤의 가장 큰 공급원이다. 주방에서 사용해본 적이 있을 것입니다. 과학자와 엔지니어는 대두, 유채, 카놀라, 야자, 면실, 해바라기 및 땅콩과 같은 친숙한 작물의 오일을 사용하여 바이오디젤을 생산할 수 있습니다. 바이오디젤은 재활용된 요리용 기름으로도 만들 수 있습니다!
모든 바이오디젤 공급원이 공유하는 공통점은 모두 지방 어떤 형태로든. 오일은 실온에서 액체 상태인 지방일 뿐입니다. 이러한 지방 또는 트리아실글리세롤(때때로 트리글리세리드라고도 함)은 탄소, 수소 및 산소 원자로 구성되어 함께 결합되고 특정 패턴으로 배열됩니다. 이 트리아실글리세롤은 꽤 널리 퍼져 있습니다. 가정용 식물성 기름 외에도 버터와 라드와 같은 공통점도 있습니다. 의사에게 진료를 받고 혈액 검사를 받은 경우 트리글리세리드 수치가 나열되는 것을 보았을 것입니다.
이러한 트리아실글리세롤을 시각화하는 한 가지 방법은 대문자 "E"를 생각하는 것입니다. 이 E의 수직 골격을 형성하는 것은 글리세롤로 알려진 분자입니다. 글리세롤은 비누, 의약품 및 화장품과 같은 것을 만드는 데 사용되는 일반적인 성분입니다. 이 글리세롤 백본에 부착되어 E의 수평 요소를 형성하는 탄소, 수소 및 산소로 구성된 3개의 긴 사슬이 있습니다. 이것을 지방산이라고 합니다.
<센터> <사전> ㅎ ㅎ ㅎ
그렇다면 이러한 트리아실글리세롤은 어떻게 자동차, 트럭 또는 보트에 들어가게 될까요? 바이오디젤은 순수한 식물성 기름이 아닙니다. 과거에는 식물성 기름이 디젤 엔진의 연료로 사용되었지만 일반적으로 문제가 발생했습니다. 원유가 연료가 되기 위해서는 먼저 일련의 화학 반응을 거쳐야 합니다. 바이오디젤을 만드는 방법에는 몇 가지가 있지만 대부분의 제조 시설에서는 에스테르 교환이라는 공정을 통해 산업용 바이오디젤을 생산합니다. . 이 과정에서 지방 또는 오일은 먼저 정제된 다음 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)과 같은 촉매 존재 하에 알코올, 일반적으로 메탄올(CH3OH) 또는 에탄올(CH3CH2OH)과 반응합니다. 이런 일이 발생하면 트리아실글리세롤이 변형되어 에스테르와 글리세롤을 형성합니다. 남아 있는 에스테르는 우리가 바이오디젤이라고 부르는 것입니다.
이거 옛날 뉴스인가요? 다음 섹션에서는 바이오연료 운동의 역사와 동기를 살펴보겠습니다.
 사진 제공 Bob Allan 현재 미국 바이오디젤 생산은 주로 석유에서 이루어집니다. 이와 같은 콩이나 재활용된 식당 식용유에서 나온 것입니다. |
바이오 연료의 개념은 놀랍게도 오래되었습니다. 그의 발명품이 이제 그의 이름을 딴 Rudolf Diesel은 식물성 기름을 엔진의 연료 공급원으로 생각했습니다. 사실, 그의 초기 작업의 대부분은 바이오 연료의 사용에 관한 것이었습니다. 예를 들어 1900년 프랑스 파리 만국박람회에서 디젤은 땅콩기름으로 엔진을 작동시켜 자신의 엔진을 시연했습니다. 마찬가지로 Henry Ford는 그의 Model T가 옥수수 제품인 에탄올로 작동할 것으로 예상했습니다. 결국 Diesel과 Ford의 경우 모두 석유가 그림에 들어가 가장 논리적인 연료 공급원임이 입증되었습니다. 이것은 무엇보다도 공급, 가격 및 효율성을 기반으로 했습니다. 일반적인 관행은 아니었지만 식물성 기름은 1930년대와 1940년대에 디젤 연료로도 사용되었습니다.
1970년대와 1980년대에 미국에서 바이오 연료 사용에 대한 아이디어가 재검토되었습니다. 가장 중요한 사건 중 하나는 1970년 환경보호청(EPA)의 대기청정법 통과와 함께 발생했습니다. 이를 통해 EPA는 이산화황, 일산화탄소, 오존 및 산화질소(NOx)와 같은 오염 물질에 대한 배출 표준을 보다 밀접하게 규제할 수 있었습니다. 이것은 청정 연소 연료를 개발하기 위한 발판을 마련했습니다. 이것은 또한 연료 첨가제에 대한 표준을 설정합니다.
1973-1974년 아랍 석유 금수 조치 및 1978-1979년 이란 혁명과 같은 해외 사건은 국내 석유 생산량 감소와 함께 가격 상승을 주도했습니다. 미국 에너지부의 에너지 정보국(Energy Information Administration)에 따르면 미국의 원유 수입은 금수 조치 기간 동안 30% 감소했으며 "세계 원유 가격은 1979년 초 배럴당 약 14달러에서 2010년에는 배럴당 35달러 이상으로 급등했습니다. 1981년 1월 안정화되기 전. 세계 가격이 배럴당 28~29달러 사이에서 안정되었던 1983년까지 가격은 눈에 띄게 떨어지지 않았습니다."
석유 가격이 오르면서 연구자들은 다른 곳을 찾기 시작했습니다. 1982년 8월, N.D. 파고(Fargo)에서 제1회 식물 및 식물성 기름에 관한 국제 회의가 개최되었습니다. 이 회의는 연료 비용과 식물성 기름의 영향에서 연료 첨가제 및 추출 방법에 이르기까지 다양한 문제를 다루었습니다.
1990년에 청정 공기법이 개정되어 차량 배출에 대한 보다 엄격한 제한이 포함되었습니다. 개정안은 가솔린의 산소 함량 증가(일산화탄소 배출 감소) 및 디젤 연료의 황 함량 감소와 같은 조항을 도입했습니다.
1992년에 EPA는 에너지 정책법(EPACT)을 통과시켰습니다. 이는 외국 석유에 대한 의존도를 줄이기 위해 미국 정부 수송선단이 사용하는 대체 연료의 양을 늘리는 것을 목표로 했습니다. 1998년 EPACT 수정안에는 기존 정부 디젤 차량에 바이오디젤 연료를 사용하는 것이 원래 EPACT에 규정된 대로 대체 연료 차량(AFV) 구매에 대한 수용 가능한 대안으로 포함되었습니다.
이러한 모든 규칙과 규정이 적용되면 실행 가능한 석유 대안이 소란을 일으킬 것이라는 점을 이해할 수 있습니다. 그러나 바이오디젤은 가솔린을 완벽하게 대체할 수 없습니다. 다음 섹션에서 장단점을 살펴보겠습니다.
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배출 제어는 특히 법률 문제에서 바이오디젤 논쟁의 핵심입니다. 과학자, 입법자 및 소비자 사이에 특히 유해하고 우려를 일으키는 몇 가지 배출 구성 요소가 있습니다. 유황 및 관련 화합물은 산성비 형성에 기여합니다. 일산화탄소는 널리 알려진 독소입니다. 이산화탄소는 온실 효과에 기여합니다. 특정 유형의 암 형성과 관련된 고리 모양의 화합물인 다환 방향족 탄화수소(PAH)와 같이 우려를 유발하는 덜 알려진 화합물도 있습니다. 미립자 물질(PM)은 건강에 부정적인 영향을 미치며, 연소되지 않은 탄화수소는 스모그와 오존 형성에 기여합니다.
바이오디젤은 유해 배출물을 줄입니다. 현재 바이오연료 중 청정대기법에 의거 배출가스 시험을 성공적으로 마친 바이오디젤은 유일하다.
| 기존 디젤과 비교한 평균 바이오디젤 배출량 | ||
| 배출 구성요소 | B100 | B20 |
| 총 미연 탄화수소 | -67% | -20% |
| 일산화탄소 | -48% | -12% |
| 미세먼지 | -47% | -12% |
| NOx | +10% | +2% |
| 황산염 | -100% | -20% |
| PAH | -80% | -13% |
| 출처:국립 바이오디젤 위원회 | ||
또한 B100은 CO2 배출량을 78% 줄이고 디젤 연료의 발암성을 94% 낮출 수 있습니다(National Biodiesel Board, U.S. DOE Office of Transportation Technologies).
바이오디젤의 또 다른 특징은 생분해성 , 이는 박테리아와 같은 천연 물질의 결과로 분해될 수 있음을 의미합니다. EPA에 따르면 바이오디젤은 기존 디젤 연료보다 4배 빠른 속도로 분해됩니다. 이렇게 하면 유출 사고가 발생한 경우 청소가 더 쉬워지고 여파가 무섭지 않을 것입니다. 이는 바이오디젤 블렌드의 경우에도 마찬가지입니다.
바이오디젤은 또한 수입 석유에 대한 미국의 의존도를 낮추고 에너지 안보를 강화할 수 있습니다. 미국에서 대부분의 바이오디젤은 대두유로 만들어집니다. , 주요 국내 작물입니다. 미국의 석유 수요가 증가하고 세계 공급이 감소함에 따라 바이오디젤과 같은 재생 가능한 연료가 적절히 구현된다면 미국 에너지 수요의 일부를 완화할 수 있습니다.
바이오디젤은 또한 엔진의 윤활성 또는 이동의 용이성에 기여합니다. 바이오디젤은 용제 역할을 하여 잠재적으로 막힘을 유발할 수 있는 엔진 내부의 침전물 및 기타 찌꺼기를 제거하는 데 도움이 됩니다. 순수 바이오디젤은 자체 침전물을 남기지 않으므로 엔진 수명이 증가됩니다. . 1%의 바이오디젤 혼합물이 연료 윤활성을 65%까지 증가시킬 수 있는 것으로 추정됩니다(U.S. DOE Office of Transportation Technology).
바이오디젤도 더 안전합니다. 무독성입니다. (식용 소금보다 독성이 약 10배 낮음) 인화점이 더 높습니다. 기존 디젤보다 더 높은 온도에서 연소되기 때문에 실수로 연소될 가능성이 적습니다. 따라서 이동 및 보관 규정을 더 쉽게 수용할 수 있습니다. 다음으로 바이오디젤의 단점과 미래에 대해 살펴보겠습니다.
물론 페널티가 없는 것은 없으며 바이오디젤에는 단점이 있습니다. 일부는 연료 자체와 관련이 있고 많은 것은 더 큰 그림과 관련이 있습니다.
연료 자체의 문제 중 하나는 NOx의 증가입니다. 바이오디젤 배출에서. 종종 디젤 연료 제조에서 배기 가스의 입자상 물질의 양이 감소하면 그에 상응하는 질소 산화물이 증가하여 스모그 형성에 기여합니다. 이 중 일부는 엔진 자체를 조정하여 해결할 수 있지만 항상 가능한 것은 아닙니다. 바이오디젤 배출에서 NOx 양을 줄이기 위한 기술이 연구되고 있습니다.
또 다른 문제는 용매로서의 바이오디젤의 거동입니다. . 이 속성은 유용하지만 일종의 양날의 검입니다. 일부 구형 디젤 차량(예:1992년 이전에 제조된 차량)은 더 높은 농도의 바이오디젤로 인해 막힘이 발생할 수 있습니다. 엔진에 축적된 침전물(오래된 디젤 연료에 있을 수 있음)을 느슨하게 하는 능력 때문에 바이오디젤은 연료 필터가 새로 제거된 침전물로 인해 막힐 수 있습니다. 바이오디젤 제조업체는 고농도 바이오디젤 혼합물로 전환한 직후 연료 펌프를 교체할 것을 제안합니다. 이러한 구형 연료 시스템 내의 구성 요소도 성능이 저하될 수 있습니다. 연료 시스템 내의 퇴적물 외에도 바이오디젤은 고무 성분도 분해합니다. 연료 라인 및 연료 펌프 씰과 같은 구형 시스템의 일부 부품은 고무 또는 고무 같은 구성으로 인해 고장날 수 있습니다. 일반적으로 이러한 구성 요소를 교체하면 문제가 해결됩니다. 많은 제조업체가 보증에 바이오디젤을 포함했지만 문제의 가능성은 여전히 존재할 수 있습니다. 바이오디젤 및 차량 보증에 대한 자세한 내용은 바이오디젤 표준을 확인하십시오.
또한 일부 엔진에서는 연비 및 출력이 약간 감소할 수 있습니다. . 평균적으로 약 10%의 전력 감소가 있습니다. 다시 말해, 표준 디젤 1갤런과 같게 하려면 약 1.1갤런의 바이오디젤이 필요합니다.
바이오디젤의 주요 단점은 더 큰 그림, 즉 시장 및 관련 물류와 연결되어 있습니다. 이 중 가장 중요한 것은 비용입니다. . EPA에 따르면 순수 바이오디젤(B100)은 갤런당 $1.95에서 $3.00 사이인 반면 B20 혼합물은 표준 디젤보다 평균적으로 갤런당 약 30에서 40센트 더 비쌉니다. 이는 모두 사용된 공급원료 및 시장 상황과 같은 변수에 따라 다릅니다.
아마도 더 중요한 다른 문제는 양과 가용성입니다. . 바이오디젤이 반드시 50개 주 모두에서 생산되는 것은 아니지만 모든 주에서 사용할 수 있습니다. 바이오디젤을 얻는 세 가지 주요 방법이 있으며 각 특정 방법은 특정 유형의 고객에게 더 적합합니다. 바이오디젤은 공급업체, 석유 유통업체 또는 공공 펌프에서 직접 구입할 수 있습니다. 현재 미국에는 19개의 NBB 회원이 바이오디젤을 생산 및 판매하고 있습니다. 바이오디젤을 얻는 방법을 알아보려면 국립 바이오디젤 위원회에 문의하십시오. 또한 대체 연료 데이터 센터에는 도시 또는 주별로 주유소를 찾을 수 있는 검색 기능이 있습니다.
미국 이외의 지역에서 바이오디젤 스테이션을 찾는 방법에 대한 정보는 지역 바이오 연료 기관에 문의하십시오.
그럼 얼마를 벌까요? 다양한 생산자(예:연방, 민간, 산업)와 작물 출처를 감안할 때 깔끔한 수치를 첨부하기는 어렵습니다. 현재 미국은 연간 약 7,500만 갤런의 바이오디젤을 생산합니다(National Biodiesel Board). 이 생산은 유연하며 필요에 따라 늘리거나 줄일 수 있습니다.
더 화려한 기술이 차지하는 주목을 받든 그렇지 않든 바이오디젤은 확실히 계속 진행 중인 작업이 될 것입니다.
현재 가장 큰 바이오디젤 시장은 차량입니다. 국립 바이오디젤 위원회(National Biodiesel Board)에 따르면 미국에는 바이오디젤을 사용하는 차량이 100개 이상 있습니다. 여기에는 미국과 같은 연방 및 공공 기관이 포함됩니다. USPS, 미 공군, 미 육군, NASA, 미 에너지부, Duke Energy, Florida Power &Light. 많은 대중 교통 서비스에서도 석유 사용을 보완하기 위해 바이오 디젤을 찾고 있습니다. 신시내티 메트로와 같은 시내버스도 바이오디젤을 사용하고 있다. 잠재적인 미래 목표에는 해양 및 농업 응용 및 가정 난방과 같은 영역이 포함됩니다.
대중의 인식이 높아짐에 따라 일반적으로 바이오디젤과 바이오 연료는 저녁 식사 대화에서 쉽게 찾을 수 있습니다. 정치적 지원도 증가하고 있으며, 1998년 EPACT 수정안과 같은 법안에 따라 멀지 않은 미래에 대체 연료 공급원이 필요하게 될 것입니다.
바이오디젤, 바이오연료 및 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
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