바이오디젤과 재생가능 디젤: 차이점은 무엇입니까?

바이오매스 기반 디젤은 오랫동안 미국 재생 연료(RFS) 의무 사항을 준수하는 데 중요한 역할을 해왔습니다(예: farmdoc daily, 2017년 7월 19일). RFS 명령을 준수하기 위해 사용되는 바이오매스 기반 디젤 연료의 두 가지 주요 유형은 "바이오디젤"과 "재생 가능한 디젤"입니다. 역사적으로 바이오디젤 생산량은 재생 가능한 디젤 생산량을 크게 앞질렀습니다. 최근 재생 가능한 디젤 생산 능력 구축의 붐으로 인해 이러한 상황이 바뀌기 시작했습니다. 이러한 붐은 바이오매스 기반 디젤을 생산하는 데 사용되는 지방 및 오일 공급원료의 가격에 상당한 영향을 미칠 만큼 충분히 컸습니다. 이 기사는 재생 가능한 디젤 붐과 그것이 미국 농업에 미치는 영향을 조사하는 시리즈의 첫 번째 기사입니다.

오늘 우리는 바이오디젤과 재생 가능한 디젤 연료의 차이점에 대한 논의로 시리즈를 시작합니다. 현재 바이오매스 기반 디젤 연료는 식물성 기름, 동물성 지방 또는 재활용 그리스와 같은 유리 지방산을 포함하는 유기 지질 공급원료로부터 생산됩니다(AFDC, 2022a,b). 바이오디젤과 재생 가능한 디젤은 모두 바이오매스 기반 디젤 연료로 분류되고 동일한 공급원료를 사용하여 생산될 수 있지만 몇 가지 중요한 특성이 다른 명백히 다른 유형의 연료입니다.

종종 FAME 바이오디젤 또는 간단히 FAME라고 불리는 바이오디젤은 에스테르교환반응(FAME은 지방산 메틸 에스테르를 나타냄)이라는 공정을 통해 생산됩니다. 에스테르교환은 유기 지방과 오일을 알코올 및 촉매와 반응시켜 지방산 알킬 에스테르로 전환합니다(AFDC, 2022a). 메탄올은 일반적으로 반응물로 작용하여 지방산 메틸 에스테르를 생성합니다. 에스테르 교환 과정에서 100파운드의 식물성 기름이나 지방은 일반적으로 10파운드의 메탄올과 반응하여 약 100파운드의 바이오디젤과 10파운드의 글리세롤을 생성합니다. 마찬가지로, 1갤런의 바이오디젤과 0.9파운드의 글리세린을 생산하려면 약 7.5파운드의 공급원료가 필요합니다(farmdoc daily, 2022년 2월 15일). 일반적으로 글리세린이라고 불리는 조잡한 글리세롤과 정제된 글리세롤에는 여러 용도가 있으며 글리세롤 함량은 약 80%입니다. 글리세롤은 동물 사료나 다양한 화학 공정에 사용될 수 있습니다.

FAME 바이오디젤 생산 공정의 도식은 그림 1에 나와 있습니다. 이 도식은 "연속" 생산 공정으로 알려진 공정을 나타냅니다. 배치 공정은 오래되고 소규모의 바이오디젤 공장에서도 사용됩니다. 생산 공정의 단계는 배치 공정에서 반응기 단계가 훨씬 길다는 점을 제외하면 두 공정 모두 유사합니다.

그림 1에 표시된 것처럼 공급원료는 먼저 불순물을 제거하기 위해 전처리됩니다. 처리된 공급원료는 화씨 약 130도까지 예열됩니다. 공급원료가 예열되는 동안 유리지방산 함량에 대한 품질이 테스트됩니다. 온도를 일정하게 유지하면서 공급원료는 메탄올 및 염기 촉매, 그리고 드물게 미국에서는 효소와 함께 반응기에 로딩됩니다. 그런 다음 혼합물을 화학 반응이 완료될 때까지(종종 1시간 내에) 교반합니다. 반응이 완료된 후, 반응 혼합물을 몇 시간 동안 정치시킵니다. 이 시간 동안 글리세린과 바이오디젤이 분리되는데, 밀도 차이로 인해 글리세린은 반응기 바닥에 침전되고 바이오디젤은 상단에 침전됩니다. 침전 시간이 지나면 반응기 바닥에서 배수되어 글리세롤과 메틸에스테르가 분리됩니다. 글리세린은 과잉 메탄올을 제거하여 정제한 후 탱크에 보관합니다. 메틸 에스테르는 다른 탱크로 옮겨져 물이 맑아질 때까지 여러 번 물로 세척됩니다. 세척을 통해 메틸 에스테르에서 남은 촉매, 비누, 소금, 메탄올 및 남은 글리세린이 제거됩니다. 세척 후, 메틸 에스테르는 남은 수분이 완전히 제거될 때까지 광범위한 건조 과정을 거칩니다. 마지막으로 FAME(지방산 메틸 에스테르) 바이오디젤은 소비할 준비가 된 탱크에 저장됩니다.