순환 경제 전략에 따라 에탄올 및 에톡시 에틸 아세테이트 첨가제를 사용하여 폐플라스틱을 디젤 연료로 에너지 회수

Oct 23, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 5330(2022) 이 기사 인용

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플라스틱 제품의 광범위한 사용은 엄청난 폐기 문제와 환경 문제를 야기합니다. 플라스틱 원자재 수요에 상당한 영향을 미칠 수 있는 순환 경제 개념이 점점 더 강조되고 있습니다. 사용 후 플라스틱 재활용은 국가 순환 경제의 주요 초점입니다. 본 연구는 순환경제 수요를 충족시키기 위한 대체 연료원으로서 폐플라스틱의 에너지 회수에 중점을 두고 있습니다. 열분해를 통해 생산된 폐플라스틱 연료는 대체연료로 활용된다는 주장이 제기됐다. 이 연구는 단일 실린더 직접 분사 디젤 엔진(DIDE)에서 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 열분해로 생성된 폐플라스틱 연료(WPF)의 성능 및 배출 기준을 결정하는 데 중점을 두고 있습니다. 3가지 다른 비율의 WPF를 산소 첨가제로 10% 에탄올 및 10% 에톡시 에틸 아세테이트와 결합하여 4차 연료 혼합물을 만들었습니다. 에탄올은 낮은 점도, 높은 산소 함량, 높은 수소 대 탄소 비율을 유리한 특성으로 가지며, 4차 연료는 향상된 브레이크 열 효율, 연료 소비 및 배출 감소를 가져옵니다. 블렌드 WEE20은 디젤 대비 브레이크 열효율이 4.7% 높고, 연료 소모량은 7.8% 감소했다. 4차 연료 혼합물은 다양한 부하 조건에서 일산화탄소가 3.7~13.4% 감소하고 탄화수소가 2~16% 감소한 것으로 나타났습니다.

플라스틱 소비량은 지난 50년 동안 두 배로 늘어났다가 향후 20년 안에 두 배로 늘어날 것으로 예상됩니다. 환경적 어려움을 줄이기 위해 폴리머 산업은 일회용 플라스틱보다는 부가가치가 높은 제품을 회수하는 데 주력해야 합니다. 순환 경제 개념이 추진력을 얻었으며 여기에는 소비 후 플라스틱 재활용 아이디어를 늘리기 위한 야심찬 전략이 포함되어 있습니다. 소비 감소, 기대 수명 연장, 재활용, 소비 후 에너지 회수는 모두 플라스틱으로 인한 오염을 줄이기 위해 권장되는 전략입니다. 기계적 재활용은 순환 경제에 매우 중요하지만 호환되지 않는 혼합, 기계적 특성 감소, 첨가제 강화와 같은 장애물은 순환 경제를 방해합니다. 플라스틱 처리에 사용되는 열 재활용이나 연소가 더욱 주목을 받고 있습니다. 폐플라스틱 처리는 에너지 회수를 위한 중요한 기회를 제공합니다. 탄화수소는 플라스틱에 존재하며 깨끗하게 연소되므로 훌륭한 연료원입니다. 열분해는 환경 친화적이고 비용 효율적인 것 외에도 플라스틱 폐기물을 연료 생산을 위한 에너지원으로 재사용하는 데 사용되는 폐플라스틱에서 에너지를 회수하는 동시에 환경 친화적이고 비용 효율적인 기술입니다1.

디젤 연료의 사용은 자동차, 농업, 발전 분야 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 이는 더 높은 열 효율과 뛰어난 연비로 인해 이점을 누리고 있습니다. 대체 연료 공급원을 찾는 것은 일반적으로 긍정적인 경험입니다. Singh 등2은 촉매를 사용하지 않고 순수한 플라스틱 열분해 오일을 합성하고 연료 특성을 연구했습니다. 플라스틱 오일 혼합물을 엔진에서 테스트한 결과, 50% 혼합물을 사용하면 효율성이 감소하고 배기가스 배출이 최소한으로 증가하는 것으로 나타났습니다. Das 등3은 Zeolite-A 촉매로 생성된 폐플라스틱 오일 혼합물을 조사했습니다. 엔진 분석 결과 최대 부하에서 혼합 브레이크 열 효율이 최대 20%까지 증가한 것으로 나타났습니다. 배기가스 배출은 혼합 비율과 부하 비율이 높을수록 디젤보다 더 높은 값을 갖는 것으로 간주됩니다. Mangesh et al.4는 고밀도 및 저밀도 폴리에틸렌, 스티렌, 폴리프로필렌을 포함한 여러 폴리머에서 생산된 열분해 오일을 연구했습니다. Bukkarapu 등5은 플라스틱 폐기물을 연료로 전환하는 열분해 방법에 대해 연구하고, 엔진 특성을 조사하여 디젤 엔진에 플라스틱 오일을 사용하는 사례를 보고했습니다. Chandran 등은 디젤 유사 폴리머 및 타이어 오일 혼합물, 증류 및 탈황된 폐플라스틱 오일과 다양한 폐플라스틱 오일 혼합물의 화학적, 물리적 특성을 보고했습니다.