환경 실험 : 동물성/식물성 바이오디젤 추출 실험

1. 바이오디젤이란?

  바이오디젤은 화석 연료의 대안으로서 사용되는 연료로, 연료의 형태이면서 보다 깨끗하기 때문에 인기를 얻고 있는 재생 에너지원입니다. 식물성 기름, 동물성 지방 등 천연 자원에서 추출된 바이오디젤은 온실가스 배출을 줄이고 기후 변화를 완화할 수 있는 좋은 대체자원 중 하나입니다.

  기본적으로 바이오디젤은 에스테르 교환반응(transesterification)이라는 공정을 통해 만들어지는데요, 오일이나 지방이 알코올(보통 메탄올 또는 에탄올)과 반응하여 바이오디젤과 글리세린을 생성합니다. 이 반응을 가속화하기 위해 보통 염기 촉매를 사용하여 연료를 생산해 냅니다. 생성된 바이오디젤은 보통 디젤 연료와 혼합하여 사용하고, 디젤 엔진의 독립형 연료로 사용되기도 합니다.

  쉽게 말해서, 식물성/동물성 기름에서 연료를 추출하여 사용하는 에너지원이라고 생각하시면 될 것 같습니다.

2. 바이오디젤의 장점과 과제

  바이오디젤의 가장 큰 장점 중 하나는 환경 친화적인 것입니다. 연료를 연소할 때 이산화탄소, 이산화황, 입자상 물질과 같은 유해한 오염 물질을 방출하는 화석 연료와 달리 바이오디젤은 이러한 오염 물질을 적게 방출합니다. 또한, 바이오디젤은 생분해성이고 독성이 없으므로 유출이나 누출이 발생한 경우 환경에 더욱 안전합니다.

   이 장점 역시도 무시할 수 없는 큰 장점 중에 하나입니다. 바이오디젤은 재생 가능한 자원을 활용하여 생산할 수 있습니다. 식물성 기름은 대두, 유채, 야자, 해바라기 등의 작물에서 얻어내고, 동물성 지방은 가축 사육 부산물에서 얻을 수 있습니다. 또한 레스토랑에서 재활용한 요리 부산물들을 바이오디젤로 재활용하여 연료를 생산해냄과 동시에 음식 폐기물을 줄이 수 있다는 큰 장점이 존재합니다.

  그러나 식물성 바이오디젤을 위한 작물 생성 토지 이용 및 삼림 벌채에 대한 우려, 바이오디젤 혼합물을 수용하기 위한 인프라 수정의 필요성 등 바이오디젤의 상용화를 위한 과제가 존재합니다. 또한, 같은 양의 화석 연료보다 바이오디젤의 제조 비용이 더 들기 때문에 이를 해결해나가고 있습니다.

3. 식물성/동물성 바이오디젤 추출 실험

  식물성 바이오디젤 추출 실험과 동물성 바이오디젤 추출 실험의 과정은 매우 유사한데요, 모두 촉매를 통해 에스테르교환반응을 빠르게 일어나도록 해 연료를 추출해내는 방식입니다. 다만 그 추출 원료가 다를 뿐입니다. 자신이 원료로 만들고 싶은 기름을 준비해 줍니다. 저같은 경우는 동물성 바이오디젤 추출 실험을 진행해 본 경험이 있는데, 좀 더 리얼함을 주고 싶어 직접 돼지고기를 사서 기름을 추출해낸 다음 그 기름을 원료로서 사용했습니다. 식물성 기름의 경우도 직접 추출해보는 것이 바이오디젤의 적용 방안이나 해결해야 할 과제에 대해 도움이 될 수 있겠지만, 꼭 그럴 필요는 없습니다. 준비해야 할 것들로는, 원료로서 사용할 기름과 메탄올, 수산화나트륨, 가열교반기와 비커 정도가 있겠습니다.

  원료와 메탄올의 비율을 5:1 정도로 준비해 준 다음, 촉매로 사용할 수산화나트륨을 메탄올과 약 10:1 정도의 비율로 메탄올에 먼저 조심스럽게 섞어 줍니다. 이때, 원료에 먼저 수산화나트륨을 섞지 않는 이유는 비누화 반응을 유발할 수 있기 때문이라고 합니다. 기름이 담겨 있는 비커에 섞어 놓은 메탄올과 수산화나트륨을 넣고, 교반기를 작동시킵니다. 에스테르교환이 잘 일어날 수 있는 온도인 50-60도 정도로 온도를 유지시키면서 교반을 30분에서 1시간 정도 진행합니다. 교반이 끝난 후 랩으로 잘 씌워 층이 분리될 수 있도록 하루 정도 기다리면, 층이 분리되고 위층이 바이오디젤 층입니다.

  추가적으로 추천드릴 수 있는 실험으로는, 바이오디젤을 현재 사용되는 연료와 비교해 보거나, 어느 정도로 혼합해서 사용했을 때 효율과 환경적 영향이 적은지 확인해보는 실험이 있을 것입니다. 효율을 측정할 수 있는 방법으로 열용량계가 있을 것이고, 환경적 영향을 판단할 수 있는 요인으로는 불완전연소의 유무나 그을음 등으로 확인해볼 수 있습니다.

 

2024.05.10 - [실험/환경 실험] - 고등학생 환경 실험(1) : 그린 수소 생산 실험

고등학생 환경 실험(1) : 그린 수소 생산 실험

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