The Lubricity of Biodiesel as Alternative Fuel

대체연료로서 바이오디젤의 윤활성

임영관^†·이천호

한국석유관리원 연구센터

The Lubricity of Biodiesel as Alternative Fuel Young-Kwan Lim

and Cheon-Ho Lee

Research Center, Korea Institute of Petroleum Management

(Received October 6, 2009; Revised December 19, 2009; Accepted December 25, 2009)

Abstract − Biodiesel have been studied as alternative fuel due to solution of air pollution and fossil fuel exhaus- tion. Biodiesel from animal fat and vegetable oil was known as eco-friendly fuel like low toxicity, biodegradable compare to petrodiesel. In particular, biodiesel have excellent lubricity due to involved ester functional group.

This paper shows the biodiesel’s lubricity based on worldwide biodiesel research.

Keywords − biodiesel( ^{바이오디젤} ), Lubricity( ^윤활성 ), HFRR( ^{경유윤활성시험기} < ^{고주파왕복시험기} >), petrodiesel( 석유디젤 )

1. 서 론

1970 ^{년대 두 차례의 오일쇼크를 통해 고물가와 경제}

성장력 급락 등과 같은 극심한 경제위기를 겪으면서 많 은 국가들이 매장량이 한정되어 있는 기존 석유자원을 대체할 수 있는 새로운 에너지원을 찾기 위해 노력해

왔다 [1-3]. 현재 전세계의 주요에너지 중 27% 가 수송용

연료로 사용되어지고 있으며 , ^{이들 연료의 대부분은 화}

석연료로부터 기인되기 때문에 기존 수송용 연료를 대 체할 수 있는 연료에 대한 연구가 많이 이루어지고 있

다 [4]. 이들 대체연료로써는 바이오에탄올 , GTL(Gas to

liquid), 바이오가스 , DME(dimethyl ether), 바이오디젤 등이 알려져 있다 . ^{바이오에탄올은 주로 곡물의 발효에}

의해 생산되며 기존 휘발유를 대체 또는 일정비율로 혼

합하여 사용이 가능한 연료이며 [5-7], GTL 은 일산화탄

소 (CO) 와 수소 (H

) 로부터 Fischer-Tropsch 공정을 통해 얻어진 합성연료로 탄화수소 길이에 따라 가솔린과 디 젤을 대체하여 사용될 수 있는 연료로 알려져 있다 [8-

10]. 이러한 액상형태의 연료뿐만아니라 가축분뇨나 생

활 유기폐기물과 같은 바이오매스를 이용해 혐기성 메 탄발효 (anaerobic methane fermentation) 를 통해 얻는 바이오가스와 메탄올의 탈수반응 (dehydration) ^{에 의해}

얻어지는 DME 는 기존 가스 차량의 연료로 사용되어질 수 있다 [11,12].

가솔린이나 가스상 (LPG, 바이오가스 등 ) 을 연료로 하 는 자동차는 불꽃 점화방식인 반면 , 디젤엔진의 경우 압 축착화방식이기 때문에 고압상태 (1700 bar ^이상 ) ^{를 유지}

하는 연료펌프 (CRDI; common rail direct injection) 나 연료분사노즐의 마찰마모를 줄이기 위해 연료의 윤활성 이 요구된다 . 합성연료인 GTL 과 DME 의 경우 , 일산화 탄소와 수소 또는 메탄올로부터 생산되며 , 이로 인해 윤 활작용을 할 수 있는 에스테르 (ester), ^아민 (amine), ^방향

족화합물 (aromatics) 과 같은 극성성분들이 포함되어 있

지 않기 때문에 윤활막 형성이 힘들며 , 결과적으로 자 동차내연기관의 심각한 마찰마모를 초래할 수 있다고 보고되어지고 있다 [13-16].

바이오디젤은 Fig. 1 ^{과 같이 동식물로부터 얻어진 유}

지의 주성분인 트리글리세라이드를 전이에스테르화 반 응 (transesterification) 을 시켜 얻어진 긴 지방산 알킬에스

†주저자·책임저자

: [email protected]

테르(fatty acid alkyl ester)의 형태로, 국내에서 생산되 지 않는 석유자원을 대체시킬 수 있는 수송용 대체연료 로서 낮은 독성, 신재생, 높은 인화점, 생분해성, 독성 배출가스의 저감 등의 장점을 지니고 있다[17-20]. 특히 압축착화엔진의 연료로 사용되는 디젤은 윤활성이 요구 되는데, 바이오디젤은 단지 첨가제의 역할만을 했던 기

존의 윤활성향상제와는 다르게 연료의 역할뿐만 아니라 윤활성 향상효과가 뛰어난 것으로 알려져 있다[21,22].

이러한 바이오디젤은 기존 디젤엔진에 직접 연료로 사용할 수 있도록 품질을 규정하고 있으며, Table 1은 기존 석유디젤과 바이오디젤의 기본적 연료특성에 대 한 비교를 보여주고 있다.

신재생연료에 대한 많은 관심으로 국내에서는 바이오 디젤의 다양한 연구가 진행되어지고 있지만, 아직까지 이들의 윤활성에 대한 접근은 많이 보고된 바가 없다.

본 총설에서는 해외에서 활발하게 연구되어지고 있 는 바이오디젤의 윤활성에 대해 조사하였으며, 본 논 문을 통해 국내 바이오디젤 윤활연구 및 관련산업에 도움이 되고자 한다.

2. 바이오디젤의 연구 현황

현재 온실가스 저감과 대기오염개선과 같은 환경적 규제차원에서 대체연료에 대한 연구가 활발하게 이루 어지고 있다. 바이오디젤의 사용은 신재생에너지원 확 보뿐만 아니라 석유의존도의 탈피와 원료작물 개발 및 재배를 통한 농업발전과 같은 부수적 이득을 가져올 수 있다. 동식물 유지의 주성분인 트리글리세라이드의 트란스에스테르화는 오래전부터 발표되어져 왔지만 바 이오디젤 즉 디젤엔진의 연료에 대한 접근은 Fig. 2에

Fig. 1. Synthetic method of biodiesel from triglyceride.

Table 1. Values for the ASTM Standards of quantities Property Petrodiesel Biodiesel Standard ASTM D 975 ASTM D 675 Composition Hydrocarbon

(C10-C21) FAME

(C12-C22) Kin.Viscosity

(mm

/s) at 40

C 1.9~4.1 1.9~6.0 Specific gravity

(g/mL) 0.85 0.88

Flash point (

C) 60~80 100~170 Cloud point (

C) -15 to 5 -3 to 12 Pour point (

C) -35 to -15 -15 to 16

Water (wt.%) 0.05 0.05

Carbon (wt.%) 87 77

Hydrogen (wt.%) 13 12

Oxygen (wt.%) 0 11

Sulfur (wt.%) 0.05 0.05

Cetane number 40-55 48-60

HFRR

( ^µ m) 685 314

BOCLE

scuff (g) 3600 >7000

a

High-frequency reciprocating rig.

Ball-on cylinder lubric- ity evaluator

Fig. 2. Number of publications about additives for

diesel-biodiesel blends (chemical Abstracts database in

May of 2009 using <biodiesel and additives> as

keywords).

서 볼 수 있는 것처럼 불과 10 ^{여년전부터 활발하게}

진행되어지고 있다 . 하지만 환경에너지적 관점에서의 수많은 장점 때문에 매년 바이오디젤의 연구가 급속도 로 이루어지고 있으며 , 2008 ^년에는 1000 ^{여건 이상의}

연구 및 특허가 발표되어졌다 .

바이오디젤은 기존 석유디젤에 비해 올레핀함량이 높고 , 분자구조상 에스테르형태의 작용기를 지니고 있 기 때문에 물성에 있어 크게 차이를 보이고 있다 . 특 히 바이오디젤 내의 올레핀의 함량에 따라 저온특성

(cloud point, pour point, CFPP) 과 산화안정도에 많은 영향을 미칠 수 있다 . ^{다시말하면 올레핀 함량이 낮은}

바이오디젤은 낮은 온도에서 연료의 흐름성이 열악해 차량의 시동성에 영향을 줄 수 있으며 , 반면에 올레핀 함량이 높은 바이오디젤은 쉽게 산화되기 때문에 장기 간 저장되어져야 하는 연료 특성상 저장안정성에 문제 를 야기시킬 수 있다 . 이러한 특성은 연료에 있어 중

요한 요인으로 작용되며 실제로 Fig. 3 에서 보는 것과

같이 바이오디젤의 저온특성과 산화안정도에 대한 연 구가 110 ^{여건으로 많은 부분을 차지하고 있음을 볼 수}

있다 . 또한 기존 석유디젤의 윤활성향상제로 에스테르 화합물을 많이 사용했는데 바이오디젤은 분자 자체가 에스테르계 화합물이기 때문에 이들이 윤활작용에 영 향을 미칠 수 있다 . 현재까지 바이오디젤에 대한 다양 한 물성과 성능에 대한 연구가 이루어지고 있으며 , ^그

중에 바이오디젤의 윤활성연구는 Fig. 3 에서 보는 것 과 같이 50 여건의 연구결과가 발표된 상태이다 .

연료의 윤활성측정은 실제 자동차를 운행하면서 연료 펌프부품의 마모현상을 측정하는 것이 가장 정확하지만 이를 위해서는 수백 , ^{수천시간이 필요하기 때문에 현실}

적으로 많은 제약이 뒤따른다 . 연료의 윤활성을 실제상 황처럼 모사하기 위해 윤활성 측정 기기들이 꾸준하게 개발되었는데 , ^{대표적 분석장비로서} SLBOCLE (Scuffing

load ball on cylinder lubricity evaluator), BOTD (Ball on two disks), BOTS(ball on three seats), TAFLE (Thornoton aviation fuel lubricity evaluator), HFRR (High frequency reciprocating rig) ^{등이 개발되었다}

[23,24]. 전세계적으로 경유의 윤활성은 HFRR 로 측정하

도록 법적으로 규정하고 있으며 , 이런 이유로 최근 바이

오디젤의 윤활성 역시 HFRR 을 이용한 연구들이 많이

발표되어지고 있다 .

3. 국내외 바이오디젤 윤활성 연구

아직까지 국내에서는 바이오디젤의 생산공정 , 물성 분석 , 개질 (reforming) 연구 등이 주를 이루고 있으며 ,

바이오디젤의 윤활성연구는 거의 전무한 상태이다 . ^한

국석유관리원에서는 바이오디젤의 다양성과 이들의 연 료특성 및 윤활성을 보기 위해 12 종류의 식물성오일로

부터 KOH 촉매하에서 바이오디젤을 합성한 후 , 이들

윤활성을 측정하였다 [25].

Fig. 4 ^는 HFRR ^{을 이용하여} 12 ^{종류 바이오디젤의}

윤활성을 측정한 결과를 나타내고 있으며 , 대두유로부 터 합성된 바이오디젤의 윤활성이 153 µ m 의 마모흔을 보임으로 가장 우수한 반면 , 폐식용유로부터 합성된 바 이오디젤의 윤활성은 299 µ m 의 마모흔이 분석됨으로 가장 낮음을 볼 수 있었다 .

본 실험에서 가장 윤활성이 우수한 대두유의 바이오 디젤을 윤활성향상제와 바이오디젤이 혼입되어져 있지 않은 베이스경유에 일정 비율로 혼합하여 윤활성을 분

석한 결과 미량 (1.5 부피 %) 의 바이오디젤만 첨가되어

도 경유의 윤활성이 급격하게 증가됨을 확인할 수 있 었으며 , 바이오디젤이 3% 까지 혼합될 경우 급격한 윤 활향상효과가 이루어진 반면 , 바이오디젤이 5% 이상 으로 첨가되었을 경우는 윤활성은 증가하나 향상 폭은

Fig. 3. Number of publications by type of additives (Chemical Abstracts database in May of 2009 using

<biodiesel and additives> as keywords). Fig. 4. Analyzed the wear scar for 12 kinds of biodiesel.

그리 크지 않음을 볼 수 있었다 .

해외의 경우 , 다양한 접근 방법을 통해 바이오디젤 의 윤활성에 대해 연구되어지고 있다 .

기존 연구들에 의하면 리시놀레익산 (ricinoleic acid ; 12-hydroxy-9- cis -octadecenoic acid) 는 분자내 하이드

록시 그룹 (-OH) 을 지녀 다른 지방산에 비해 윤활성이

뛰어난 것으로 알려져 있다 [26]. 레시놀레익산은 보통

파마자유 (castor oil) ^과 Lesquerella에 많이 포함되어

있는 성분이다 . Goodrum, et al. 은 레시놀레익산이 풍

부한 파마자유와 Lesquerella유로부터 생산된 바이오디 젤 , 그리고 일반적인 바이오디젤로서 대두유와 유채유 로부터 생산된 바이오디젤을 이용하여 윤활성에 관한 연구를 수행하였다 [27]. Fig. 5 ^{에서 보는 것과 같이}

Lesquerella와 파마자유의 바이오디젤은 0.5 부피 % 만 석유디젤에 혼입되어도 윤활성이 급격하게 증가됨을 볼 수 있었지만 , 대두유 및 유채유의 바이오디젤은 0.5

부피 % 의 혼합농도에서는 윤활성 향상정도를 확인할 수 없었다 . ^{이 연구에 의하면 본 실험에 사용된} 4 ^종류의

바이오디젤이 3.0 부피 % 의 농도로 혼입되었을 때 가 장 효과적인 디젤연료의 윤활성향상 효과를 관찰할 수 있었다 .

바이오디젤은 온실가스 (CO

) 저감과 기존 화석연료 를 대체할 수 있다는 장점을 지니고 있지만 대부분 원 료를 식용작물을 이용하기 때문에 곡물가 인상과 식량 부족을 가속화시킨다는 우려의 목소리가 커지고 있다 .

이런 부작용을 해결하기 위해 비식용작물을 이용해 바 이오연료를 생산하는 연구들이 발표되어지고 있다 . Bhatnagar, et al. ^{은 작물을 재배하기 힘든 인도의 황무}

지에서 자생하는 4 종류의 비식용작물 (Jatropa curcas, Salvadora oleoides, Pongamia glabra, Madhuca indica)

로부터 바이오디젤을 합성한 뒤 , ^{이에 대한 윤활성연구}

를 수행하였다 [28]. 4 종류의 비식용 바이오디젤을 초저 황경유인 HSD(high-speed diesel) ^에 5%, 10%, 15%,

20%, 50% 의 농도로 혼합한 후 HFRR 을 이용해 윤활

성을 측정한 결과 , 바이오디젤의 비율이 높을수록 마찰 계수가 낮아지고 이로 인해 마모흔의 크기가 작음을 알 Table 2. Analysis of lubricity for blended diesels with soybean’s biodiesel

Fuel Wear Scar

X ( µ m) Wear Scar

Y ( µ m) Wear Scar

Avg ( µ m) Start

Temp/RH Finish

Temp/RH Wear Scar 1.4 ( µ m)

0 531 486 508.5 20.1/50.4 21.3/51.5 518

1.5 285 278 281.5 20.1/43.9 20.9/50.4 297

3 228 220 214.0 20.7/43.3 22.2/46.5 229

5 218 179 198.5 19.7/48.6 20.5/53.0 211

10 217 168 192.5 18.0/52.8 19.9/51.2 208

20 201 152 176.5 19.8/44.6 20.9/53.0 190

40 205 144 174.5 20.1/44.7 20.7/52.2 189

60 210 142 176.0 19.8/42.6 20.8/50.1 194

80 194 131 162.5 20.3/48.5 20.4/49.9 176

100 191 139 165.0 20.8/55.5 22.0/69.1 153

Fig. 5. HFRR lubricity evaluation for Caster (- ◆ -),

Lesquerella (-●-), Soybean (-▲-) and Rapeseed (-■-).

수 있었다. 이 논문에서는 윤활성 뿐만아니라 연료의 기본특성인 밀도, 저온특성, 동점도, 산화안정도, 세탄 가 등을 측정한 결과 기존 자동차용 경유로 활용하기 에 충분한 연료특성을 지녔다고 강조하였다.

바이오디젤은 다양한 트리글리세라이드 혼합물로부 터 생산되기 때문에 바이오디젤의 성분은 어떠한 원료 작물로부터 생산되었는지에 의해 결정된다. 또한 바이 오디젤의 성분조성에 따라 물성 및 연료적 특성이 결

Table 3. HFRR lubricity characteristics of HSD in the presence of biodiesel from nonedible oil

HSD(ultra) 5% BD

10% BD 15% BD 20% BD 50% BD 100% BD BD from

Jatropha curcas

WSD (mm)

0.372 0.360 0.280 0.250 0.200 0.190 0.137

Friction

coefficient ( ^µ ) 0.30 0.28 0.28 0.27 0.28 0.28 0.28

BD from Pongamia

glabra

WSD (mm) 0.372 0.370 0.280 0.265 0.240 0.232 0.200

Friction

coefficient( ^µ ) 0.30 0.30 0.30 0.30 0.28 0.27 0.25

BD from Salvadora

oleoides

WSD (mm) 0.372 0.300 0.270 0.260 0.200 0.175 0.138

Friction

coefficient ( ^µ ) 0.30 0.27 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28

BD from Madhuca indica (Mahua)

WSD (mm) 0.372 0.360 0.340 0.300 0.250 0.200 0.171

Friction

coefficient ( ^µ ) 0.30 0.30 0.30 0.30 0.28 00.28 0.28

a

wear scar diameter

b

biodiesel content in HSD(high speed diesel) Table 4. Fatty acid profiles of biodiesels

Biodiesels Fatty acid (% w/w)

Palmitic

C16:0 Stearic

C18:0 Oleic

C18:1 Linoleic

C18:2 Linolenic

C18:3 Arachidic

C20:0 Eicosenoic

C20:1 Behenic

C22:0 Erucic C22:1 Sunflower

biodiesel 5.79 5.68 20.43 66.02 - 0.58 - 1.01 -

Corn

biodiesel 12.31 2.01 29.79 54.72 0.53 0.64 - - -

Canola

biodiesel 4.58 2.01 60.00 21.66 7.92 0.78 1.52 0.33 0.79

Soybean

biodiesel 10.32 3.99 22.42 53.48 7.82 0.54 0.30 0.56 -

Refined sunflower

biodiesel 6.15 5.53 20.61 67.09 - 0.22 - 0.34 -

Refined corn

biodiesel 12.71 1.93 28.96 54.8 0.71 0.53 0.24 - -

Refined canola

biodiesel 5.82 2.04 59.08 23.24 7.34 0.51 0.91 - 0.26

Refined soybean

biodiesel 14.15 3.67 22.14 52.57 6.91 0.31 - - -

정되기 때문에 지방산 알킬에스테르의 조성은 중요한 요인으로 작용된다 . Bharnagar, Simon Ng, Knothe,

Suarez 그리고 Moser 과 같은 연구그룹들은 구성성분에

대한 바이오디젤 연구를 수행하였다 [29-31]. ^특히 Hu

et al. 은 2005 년에 다양한 식물성오일과 사용된 바이오

디젤을 가스크로마토그래피를 이용하여 Table 4 과 같 이 조성분석을 하였다 [32]. 주로 포화탄화수소 형태의 동물성 바이오디젤과 다르게 식물성오일로부터 합성된 바이오디젤의 주성분은 Oleic, linoleic methyl ester ^와

같이 불포화탄화수소가 주성분임을 볼 수 있다 . 또한 탄화수소 갯수는 짝수로 이루어져 있으며 , ^{탄화수소는}

16~20 정도가 주성분임을 볼 수 있다 .

바이오디젤의 성분은 분자구조 즉 분자의 길이와 분 자내 올레핀의 함량이 다르기 때문에 이들의 물성 및

윤활성이 달라진다 . Dalai ^와 Knothe ^{연구그룹에서는}

바이오디젤과 바이오디젤을 구성하고 있는 순수한 성 분에 대한 윤활성을 분석하였다 [33,34].

Table 5 ^는 Knothe ^{그룹에서 바이오디젤을 구성하고}

있는 순수한 지방산 알킬 에스테르의 윤활성을 측정한 결과이다 . 분자의 길이가 길수록 윤활성 향상효과가 큼 을 할 수 있었으며 , 분자길이보다 올레핀 함량이 윤활 성에 더 큰 영향을 미친다는 것을 볼 수 있다 . 하지만 올레핀 함량이 높으면 윤활성이 증가된다는 기존의

Vižintin 이나 Fox 그룹의 연구 [35,36] 와 다르게 Knothe

의 연구에서는 올레핀 함량이 높을수록 윤활작용 효과

가 낮아지는 상이한 결과를 얻었다 . Methyl palmitate

와 methyl stearate 의 녹는점은 각각 32

C, 37

C 이기 때문에 25

C ^{에서는 윤활성을 측정할 수 없었음을 알} Table 5. HFRR data of neat FAME components

Wear Scar ( ^µ m) Film (%) Friction

Compound 25

C 60

C

X Y average ^{X Y} average 25

C 60

C 25

C 60

C

Methyl

laurate 245, 249 208, 218 227, 234 497, 433 365, 383 416, 408 73, 74 56, 67 0.133,

0.133 0.157, 0.143 Butyl

laurate 254, 265 206, 220 230, 243 342, 372 301, 306 322, 339 85, 81 72, 64 0.128,

0.129 0.133, 0.133 Methyl

myristate 255, 245 211, 207 233, 226 368, 375 337, 329 353, 352 76, 78 77, 76 0.124,

0.123 0.130, 0.130 Methyl

myristoleate 292, 356 263, 240 278, 298 245, 278 200, 238 223, 258 80, 88 91, 90 0.125,

0.120 0.124, 0.119 Methyl

palmitate ND ND ND 375, 385 339, 339 357, 362 ND 76, 77 ND 0.125,

0.130 Methyl

palmitoleate 201, 196 142, 160 172, 178 266, 247 226, 208 246, 228 88, 89 86, 92 0.121,

0.119 0.112, 0.112 Methyl

stearate ND ND ND 387, 302 257, 252 322, 277 ND 88, 87 ND 0.114,

0.103 Methyl

oleate 219, 216 210, 205 215, 211 298, 357 281, 327 290, 342 89, 90 86, 72 0.118,

0.118 0.133, 0.139 Butyl

oleate 224, 232 185, 183 205, 208 311, 354 295, 335 303, 345 92, 90 84, 61 0.108,

0.108 0.119, 0.130 Methyl

linoleate 198, 213 146, 180 172, 197 260, 238 211, 199 236, 219 90, 86 94, 95 0.131,

0.132 0.12, 0.116 Methyl

linolenate 231, 250 194, 138 213, 217 201, 220 165, 149 183, 185 76, 75 94, 94 0.133,

0.135 0.108, 0.115 Methyl

ricinoleate 184, 184 128, 120 156, 152 216, 193 165, 155 191, 174 93, 95 91, 92 0.077,

0.077 0.101,

0.096

수 있다 .

Knothe, et al. 은 바이오디젤과 바이오디젤의 성분 ,

지방산 , 트란스에스테르화를 시키면서 생긴 부산물 등

의 윤활성을 HFRR 을 통해 분석하였다 [34]. 바이오디

젤을 생산하는 공정에서 바이오디젤의 수득률은 90%

이상이 되지만 , 부산물로 글리세롤 (glycerol) 이 형성되

며 , 불순물 또는 완전히 바이오디젤로 전환하지 못한

올레인 (olein) 이 생성되며 , 이들은 바이오디젤의 윤활성

에 영향을 미칠 수 있다 . Table 6 에서 보는 바와 같

이 바이오디젤보다 올레인화합물이 하이드록시그룹을

지니고 있어 윤활작용은 뛰어난 것으로 나타나 있지만 ,

이들의 분자량이 크기 때문에 동점도나 밀도가 바이오 디젤에 비해 높으며 , 연소과정에서 PM(particulate

matter) 발생을 높일 수 있는 요인으로 작용되기 때문

에 바이오디젤 생산공정에서 제거되어져야 한다 .

앞서 언급했듯이 석유제품내에 다양한 극성화합물과 방향족화합물 등이 연료의 윤활성을 증가시키지만 , 이 들 외의 탄화수소화합물에 대한 윤활성에 대한 연구도

상당이 많이 이루어져 있다 . Table 7 에서 보는 것과

같이 탄화수소의 길이가 길수록 윤활성이 증가하고 , ^고

Table 6. Effect of blending or additization on HFRR data of ultralow sulfur petrodiesel fuel

Wear Scar ( ^µ m) Film (%) Friction

Blend/

additive 25

C 60

C

X Y average ^{X Y} average 25

C 60

C 25

C 60

C

biodiesel 223, 207 178, 179 201, 193 318, 318 266, 265 292, 292 92, 94 88, 90 0.169, 0.173 0.178, 0.171 1%

biodiesel 191, 202 183, 185 187, 197 308, 297 254, 219 281, 258 95, 94 92, 93 0.158, 0.160 0.181, 0.182 2%

1% methyl

oleate 299, 238 240, 219 270, 229 618, 529 576, 501 597, 515 78, 84 36, 55 0.194 0.1 2% methyl

oleate 245, 246 157, 155 201, 201 390, 375 377, 360 384, 368 89, 89 76, 74 0.170, 0169 0.178, 0.204 5% methyl

oleate 242, 249 222, 211 232, 230 386, 366 343, 351 365, 359 83, 88 71, 78 0.155, 0.156 0.179, 0.174 10% methyl

oleate 225, 232 168, 173 197, 203 306, 310 272, 286 289, 298 90, 88 86, 88 0.154, 0.151 0.154, 0157 0.01%

oleic acid 235, 238 185, 211 210, 225 259, 254 208, 211 234, 233 90, 86 87, 86 0.119, 0.120 0.130, 0.128 oleic acid 233, 206 168, 172 201, 189 182, 193 174, 183 178, 188 91, 93 93, 93 0.116, 0.119 0.114, 0.114 1%

oleic acid 212, 229 183, 188 198, 209 203, 198 165, 175 184, 187 88, 90 94, 93 0121, 0120 0.118, 0.113 2%

monoolein 230, 216 137, 161 184, 189 146, 179 121, 142 134, 161 86, 86 99, 98 0.122, 0.122 0.120, 0.124 1%

1% diolein 207, 225 159, 180 183, 203 208, 274 193, 228 237, 251 90, 90 92, 91 0.131, 0.132 0.141, 0.143 1% triolein 209, 220 160, 184 185, 202 393, 369 377, 370 385, 370 87, 90 70, 68 0.156, 0.153 0.197, 0.192 2% triolein 204, 193 143, 159 174, 176 299, 345 275, 282 387, 314 90, 92 85, 77 0.147, 0.143 0.163, 0.175 1% glycerol nd nd nd 646, 663 635, 635 641, 649 nd 9, 8 nd 0.378, 0.412

1% methyl

linoleate 292, 308 240, 258 266, 283 592, 588 554, 557 573, 573 83, 79 31, 24 0.193, 0.205 0.265, 0.275 2% methyl

linoleate 226, 228 155, 185 191, 207 557, 572 514, 530 536, 551 93, 91 43, 35 0.176, 0.178 0.238, 0.247

리화 탄화수소보다 사슬형 탄화수소의 윤활성이 더 좋 음을 알 수 있다. 이는 3차원적으로 구조가 고정화 되 어있는 고리형보다 선형이, 길이가 짧은것보다 긴 분 자가 윤활막을 효과적으로 형성하기 때문으로 판단된 다. 하지만 이들은 탄화수소로 이루어진 비극성화합물 이기 때문에 바이오디젤에 비해 윤활성이 매우 낮음을 볼 수 있었다.

4. 결 론

화석연료 고갈에 따른 새로운 에너지원 개발은 국가 에너지안보 차원에서 매우 중요한 과제이며, 바이오디 젤과 같은 바이오연료는 친환경적이며, 재생가능하다 는 장점을 지니고 있다. 본 총설에서는 석유디젤을 대 체할 수 있는 바이오디젤에 대한 다양한 윤활성연구에 대해 조사하였다. 특히 원료별 바이오디젤의 합성과 이 들의 윤활성 분석, 바이오디젤을 구성하고 있는 순수 한 바이오디젤 분자의 윤활성 분석 등을 통해 분자 길 이와 올레핀 함량이 윤활성에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었으며, 석유디젤을 구성하고 있는 성분의 윤활 성을 분석함으로 바이오디젤의 윤활향상효과의 정도를

볼 수 있었다. 해외에서는 바이오디젤의 윤활성에 관 한 다양한 연구접근이 이루어지고 있으나 국내에서는 아직까지 바이오디젤에 대한 윤활성 연구가 많이 보고 된 바가 없다. 본 논문을 통해 국내 자동차사, 연료관 련사 뿐만 아니라 마찰 마모관련연구에 도움이 되고자 한다.

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Wear Scar ( ^µ m) Film (%) Friction

Blend/

additive 25

C 60

C

X Y average ^{X Y} average 25

C 60

C 25

C 60

C

Hexadecane 459,

365,

412,

597,

546,

572,

37,

15,

0.255,

0.234

0.301,

0.309

1-dodecene 757,

735,

746,

669,

662,

666,

23,

48,

0.477,

0.430

0.466,

0.472

1-tetradecene 402,

345, 316 374,

524,

422,

473,

62,

56,

0.154,

0.148

0.150,

0.147

1-hexadecene 424,

309,

367,

513,

436,

475,

72,

41,

0.186,

0.166

0.187,

0.190

1-octadecene 539,

472,

506,

586,

560,

573,

24,

22,

0.293,

0.289

0.310,

0.305

HMN

608,

611,

610,

671,

665,

668,

26,

10,

0.361,

0.377

0.539,

0.415

trans -Decalin 666,

647,

657,

652,

646,

649,

31,

21,

0.445,

0.423

0.502,

0.502

butylcyclohex

ane 678,

664,

671,

732,

685,

709,

27,

31,

0.443,

0.426

0.810,

0.508

a

HMN = 2, 2, 4, 4, 6, 8, 8-heptamethylnonane.

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