스테르 (FAME)의 연료이다. 바이오디젤은 기존의 디젤연료와 비교해 연비, 소음, 연소재질, 연소시간 등의 일부 사양이 낮아지며, 연료비가 상대적으로 높아지는 단점이 있다. 1973년 오일쇼크 이후, 오스트리아에서 식물유를 디젤연료로 사용할 수 있는 바이오디젤 연료가 1991년 오스트리아규격협회에 의해 세계 최초로 발표되었다. 바이오디젤은 식물성 유지(쌀겨, 폐식용유, 대두유, 유채유 등)와 알코올을 반응시켜 만든 脂肪酸 메틸에스테르(FAME)로 규격화되었으며, 연비, 소음, 연소재질, 연소시간 등의 일부 사양이 낮아지며, 연료비가 상대적으로 높아지는 단점이 있다.
<h1>바이오디젤의 개요 및 주요 물성</h1> <p>식물성 유지를 차량연료로 사용하려는 개념은 이미 100년 이전에 루돌프 디젤 (Rudolf Diesel)박사에 의해 선보였으나, 석유산업의 출현과 대량생산 체계의 확립 등을 통해 품질 좋은 경유가 대량 유통되면서 가격 경쟁력에서 밀려 식물성유지의 연료사용은 급감하였다. 그러다 1973년 오일쇼크 이후, 오스트리아에서 식물유를 디젤연료로 사용할 수 없을까 하여 처음으로 검토되었다. 그 후 1991년 오스트리아규격협회에 의해 세계 최초로 바이오디젤 연료의 규격이 발표되기에 이르렀다. 그 후 프랑스, 독일, 체코 등에서도 바이오디젤 연료의 기술적 사양, 품질기준이 발표되었는데, 여기서 바이오 디젤이라고 하는 것은 지방산메틸에스테르 (또는 FAME : Fatty Acid Methyl Ester)로 규격화되었다. 바이오디젤은 식물성 油脂 (쌀겨, 폐식용유, 대두유, 유채유 등)와 알코올을 반응시켜 만든 脂肪酸 메틸에스테르 (fatty acid methyl esters)로서 순도가 \( 95 \% \)이상인 것을 말한다. 바이오디젤 혼합유 (이하 "BD20"이라 함)라 함은 석유제품인 자동차용 경유 (이하 “경유”라 함) \( 80 \% \)와 바이오디젤 \( 20 \% \)를 혼합하여, 경유를 대체하여 사용할 수 있는 연료를 말한다 (산업자원부 고시 제2002-54호). 바이오디젤은 대두유와 같은 식물성 기름, 사용한 식용유, 동물성 지방 등을 화학적인 전환을 통해 생산한 청정연소가 가능한 석유계 디젤의 대체 연료이다. 이러한 점에서 바이오디젤은 유기물로 만들어진다는 점을 제외하면 석유정제를 통해 생산되는 경유와 크게 다르지 않지만 바이오디젤은 \( 11 \% \) (무게기준)의 산소를 함유하며, 황성분과 아로마틱 탄화수소 (aromatic hydrocarbon)를 포함하고 있지 않다 (OECD/IEA, Bus Systems for the Future : Achieving Sustainable Transport Worldwide, 2002, p80). 동시에 환경적으로 안전한 생물분해성 연료로서 기존의 석유에서 추출되는 경유에 비해 생산 시 대기오염이 현저히 낮은 상태인 것으로 알려져 있으며, 황산화물도 \( 20 \% \) 정도 절감되는 것으로 보고되고 있다. 바이오디젤의 원료는 모든 유지식물 또는 동물성 지방으로 바이오디젤용 식물성 유지는 각국의 주요 산물이나 지역특성에 따라 결정된다. 유럽은 주로 겨울에는 유채, 여름에는 해바라기를 사용하며 미국, 브라질은 대두, 말레이시아는 팜유를 사용한다. 현재까지는 바이오디젤용 유지는 대부분이 유채이며 ( \( 75 \% \) 이상), 이는 유럽이 바이오디젤 정책에 선도에 있다는 것을 의미하며 동시에 바이오디젤의 보급을 지속적으로 확대시키기 위해서는 원료를 확보하는 정책이 매우 중요함을 암시해주는 것이다. 바이오디젤 생산 반응은 가역반응이고 부산물로서 글리세린이 생성된다. 반응에 사용되는 알코올은 모든 종유의 알코올 사용이 가능하지만 경제적 요인 때문에 가장 저렴한 메탄올이 주로 사용된다. 이러한 바이오디젤의 반응특성 때문에 생산한 바이오디젤은 다양한 불순물(미 반응 기름, 알코올, 촉매 및 글리세린)이 포함될 수 있다. 이러한 불순물이 미량 포함되어 있어도 첨단 디젤 엔진에서 연료로 사용 시 큰 문제를 발생할 수 있으므로 엄격한 품질 기준이 요구된다. 또한 원료로 사용되는 식물성기름은 다양한 조성을 가져 그로부터 생산한 바이오 디젤도 각각 다른 조성을 가지며 그 결과 다른 물리적 특성을 갖는다. 이러한 물리적 특성의 차이는 각각 다른 연료 성능을 나타내므로 차량연료로 사용 시 주의가 필요하다. 바이오 디젤의 혼합 정도에 따라 BD-5 ( \( 5 \% \) 혼합), BD-20 ( \( 20 \% \) 혼합), BD-30 ( \( 30 \% \) 혼합), BD-100 (순 바이오 디젤)로 제품이 나누어진다. 독일에서는 BD-100이 시중에 시판돼 대량 보급되는 등 보편화돼 있다. 프랑스는 공공기관의 바이오 디젤 사용을 의무화할 정도로 정부가 적극 지원에 나서고 있다. 현재 우리나라에서 바이오 디젤 \( (20 \%) \)와 경유 \( (80 \%) \)를 혼합한 BD-20의 시범보급사업을 추진 중이다. 바이오디젤 품질의 경우 국내에서는 차량에 장착되는 디젤엔진이 첨단 고압 분사 방식인 CRDI (Common Driect Rail Injection) 분사장치를 채택함에 따라 더욱 문제가 되고 있다. 국내에서 생산되는 바이오디젤은 주로 대두 (수입 콩) 기름을 주원료로 하고 있다. 대두를 원료로 한 바이오디젤은 유채나 팜의 식물성기름으로부터 생산한 바이오디젤에 비해 산화안정성이 낮다. 산화안정성이 낮은 바이오디젤을 차량연료로 사용할 경우 침전물과 유기산의 생성으로 연료계 필터의 막힘 현상 또는 연료계 부품의 부식 문제가 발생할 수 있다. 따라서 품질 기준에 맞는 산화안정성을 확보하기 위해 첨가제의 투여가 필요하다. 유럽에서는 유럽 바이오디젤 품질기준인 EN14214를 충족하는 바이오디젤에 대해서도 차량의 경우 \( 5 \% \)이내 혼합에 대해서만 수리 보증을 하도록 규정하고 있다. 바이오디젤의 보급을 늘리기 위해서는 정유사에서 보급하는 경유 중 바이오디젤 함량을 \( 5 \% \)까지 단계적으로 높여갈 필요가 있다. 또한 CRDI 연료분사 장치가 채택되지 않은 디젤엔진의 경우 차량의 정비가 원활하게 이루어지고 있는 지자체 및 운수업체들의 대형 디젤 차량과 중·저속으로 운전되는 기관차, 선박, 농기계 등은 BD20의 사용을 적극적으로 추진할 필요가 있다. 바이오디젤의 수송연료로 사용 시 문제가 되는 주요 물성에는 필터막힘점 (Cold Filter Plugging Point, CFPP, 저온유동성)이 있는데, 필터막힘점은 연료 중 왁스 성분이 고형화되어 연료필터를 막기 시작하는 온도이다. 일반적으로 바이오디젤은 경유에 비해 CFPP가 높아 겨울철 사용에 특히 취약한 문제가 있다. 이러한 바이오디젤의 CFPP는 바이오디젤 생산에 사용한 원료에 따라 달라지며 유채의 경우 \( -20 ^ {\circ } \mathrm { C } \)로 가장 우수하지만 팜유의 경우 \( 12 ^ {\circ } \mathrm { C } \)로 매우 열악하다. 출력의 경우, 순수한 바이오디젤의 잠재 발열량은 생산에 사용된 원료에 따라 달라지며 경유에 비해 1 ~ \( 10 \% \)가량 낮다. 따라서 일반경유에 바이오디젤을 혼합하면 혼합비에 따라 연료의 에너지 함량도 비례하여 낮아지게 된다. 그러나 바이오디젤의 사용에 따른 출력저하 문제가 바이오디젤의 낮은 열량 때문인지 아니면 사용 바이오디젤의 낮은 품질에 의한 연료 필터 오염문제 대문인지 구별할 필요는 있다. 바이오디젤의 순도는 바이오디젤 보급을 확대하는데 중요한 문제이다. 저품질의 바이오디젤을 연료로 사용할 경우, 연료 필터 막힘 등의 문제가 발생한다. 특히 바이오디젤 생산 부산물인 글리세린은 미량 포함되어 있어도 연료 필터 막힘을 유발하므로 특히 품질 기준 이하로 유지하는 것이 좋다. 저장안정성은 산화안정성을 의미하며 이러한 안정성은 노출온도에 따라 달라지며 온도가 높아질 경우 급속하게 낮아진다. 저장 안정성이 낮은 바이오디젤을 연료로 사용할 경우 유기산이 생성되어 연료계 부품의 부식 문제를 야기한다. 식물성 기름으로부터 생산되는 바이오디젤은 다양한 지방산이 포함되어 있으며 이들의 일부는 산화에 안정성이 높은 포화지방산인데 비해 다른 성분은 안정성이 낮은 불포화지방산이다. 현재 국내 바이오디젤 품질 기준에서는 유럽의 가속 노화 실험 조건을 준용하였을 때 6시간 이상을 가져야하는 것으로 규정하고 있다. 이러한 품질 기준은 자동차에 대해 마련된 것으로 중.저속으로 운전되는 기관차, 선박, 농기계 등에 대한 유효성 여부에 대한 검증 연구가 필요하다. 윤활성의 경우, 일반 디젤연료의 윤활성을 높이기 위해 \( 1 \% \) 이하의 첨가제를 사용하고 있다. 이러한 윤활 첨가제는 초 저유황의 경우 윤활성이 더욱 낮아 펌프 및 분사 장치의 마모를 촉진하므로 윤활성 향상 첨가제의 적용이 더욱 필요하다.</p>