KR101806226B1 - 연료 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

연료 제조 방법 (20)이 기술되어 있다. 본 방법은 생물학적 유래 입자를 함유하는 액체를, 액체중에 공동을 생성시키고 입자의 일부 또는 전부로부터의 연료 전구체를 액체 (22)로 유출시키는 초음파에 노출시키는 단계를 갖는다. 본 방법은 또한, 액체와 전구체 사이의 반응을 증대시켜 연료 (24)를 형성시키며, 액체내에 실질적인 공동을 생성시키기에는 불충분한 또 다른 초음파에 액체를 노출시키는 단계를 포함한다.

Description

연료 제조 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR THE MAKING OF A FUEL}
본 발명은 일반적으로, 연료 제조 방법 및 장치, 특히, 비배타적으로, 초음파 기법을 이용하여 생물학적으로 유래된 입자 예컨대, 조류 (algae)로부터 연료를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
생물학적 물질 예컨대, 조류로부터 제조된 바이오디젤은 비히클 (vehicle), 난방, 및 일반적으로, 화석원 (fossil source) 예컨대, 광유 또는 석탄으로부터 유래된 디젤이 사용되는 적용품에 이용될 수 있다. 바이오디젤은 전형적으로, 에스테르교환 반응을 이용하여 생물학적 물질로부터의 오일 또는 지방으로부터 생성된다. 바이오디젤은 전형적으로, 화석 디젤과 유사한 조성을 갖는다.
조류로부터 유래된 바이오디젤은, 조류가 예를 들어, 염, 염수 또는 폐수에서 성장할 수 있으며, 이들 생성에 경작지가 필요하지도 않기 때문에 최근 많은 관심을 받고 있다. 조류는 대부분의 다른 곡물보다 단위 면적당 더 많은 에너지를 생성할 수 있다.
바이오연료의 생성에서 초음파의 이용은 공지되어 있으나, 에스테르교환 단계 동안 오일 및 지방의 혼합 및 분해에 제한되어 있다.
종래 기술에 대한 참조는, 이러한 종래 기술이 호주 및 세계 다른 나라 어디에서도 통상적인 일반적 지식의 일부를 형성함을 인정하는 것은 아니다.
본 발명의 일부 구체 예는 두 단계로 연료를 제조하는 방법으로서, 각 단계가 상이한 초음파 처리로 수행되는 방법을 제공할 수 있다. 유리하게는, 본 방법의 구체 예는 종래 기술과 비교하여 비교적 효과적이고 신속할 수 있다. 구체 예에서, 본 방법은 연료 생성을 위한 상응하는 장치의 이용을 포함한다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 연료 제조 방법으로서,
생물학적으로 유래된 입자를 갖는 액체를 초음파에 노출시켜 액체중에 공동 (cavitation)을 생성시키고, 입자의 적어도 일부로부터 연료의 전구체를 액체로 방출시키는 단계; 및
다른 초음파가 액체와 전구체 사이의 반응을 증대시켜 연료를 형성시키고, 또 다른 초음파에 액체를 노출시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
구체 예에서, 입자의 적어도 일부는 조류 입자이다. 조류 입자는 본 명세서의 문맥에서, 조류 세포 또는 조류 세포로부터 유래된 입자를 의미한다. 조류의 적어도 일부는 클로렐라 속 (genus Chlorella)에 속한다. 조류는 규조류일 수 있다. 조류는 시아노박테리아일 수 있다. 실질적으로, 모든 입자는 조류 입자일 수 있다.
구체 예에서, 다른 초음파는 액체에서 공동을 생성시키기에는 불충분하다.
일부 구체 예는 전구체를 방출시키는 초음파 처리 단계와 반응을 증진시키는 또 다른 초음파 처리 단계의 분리는 각 단계의 초음파 파라미터의 변경을 가능하게 한다는 이점을 갖는다. 예를 들어, 일부 구체 예에서 생물학적으로 유래된 입자를 분해하는 공동은 비교적 높은 파워를 갖는 초음파가 요구된다. 그러나, 공동화는 연료를 형성시키는 반응을 억제할 수 있기 때문에, 또 다른 초음파는 비교적 낮은 파워를 갖는다. 각 초음파 처리 단계의 기간은 또한 현저하게 상이할 수 있다. 단계의 분리는 예를 들어, 각각의 단계가 이들 각 단계의 성능을 증대시키도록 조정된 별도의 용기 또는 부품에서 수행될 수 있게 하며, 일정한 체적 유량을 유지할 수 있게 한다.
삭제
구체 예에서, 공동은 입자의 파괴를 초래하여 입자에 함유된 지질을 방출시킨다. 지질은 연료의 전구체를 구성할 수 있다. 공동은 입자의 분해를 초래할 수 있다.
구체 예에서, 공동을 생성하는 초음파는 약 50W/cm2 또는 그 초과의 세기를 갖는다. 세기는 100W/cm2 또는 그 초과일 수 있다. 세기는 200W/cm2 또는 그 초과일 수 있다. 공동은 1 내지 100초 기간에 걸쳐 발생할 수 있다. 기간은 1 내지 5초일 수 있다. 기간은 약 15초일 수 있다. 공동화는 1bar 미만의 압력에서 수행될 수 있다. 공동화는 20℃ 미만의 온도에서 수행될 수 있다.
일부 종의 조류는 태양광을 전구체 형태의 저장된 화학 에너지로 전환시키는데 매우 효과적이다. 일부 종의 조류는 매우 신속하게 성장하여 반응에 대한 피드백을 즉시 제공할 수 있다. 조류는 예를 들어, 연못 또는 통에 함유된 물에서 성장할 수 있다. 조류는 예를 들어, 여과에 의해 물로부터 분리될 수 있다. 조류는 건조될 수 있다. 액체는 조류와 혼합되어 슬러리를 형성할 수 있다. 일부 종의 조류는 산업 설비 예컨대, 석탄 화력 발전소 또는 시멘트 제조 공장에 의해 생성되는 이산화탄소를 이용하여 성장하여, 대기로 방출되는 온실가스인 이산화탄소의 양을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
구체 예에서, 입자는 죽은 세포를 포함할 수 있다. 죽은 세포는 적어도 부분적으로 처리될 수 있다. 죽은 세포는 조류 입자를 포함할 수 있다.
대안적으로, 입자의 적어도 일부는 연료 생성에 적합한 임의의 식물로부터 유래될 수 있다. 예를 들어, 식물은 오일팜, 콩, 자트로파 또는 폰가미아 핀나타 (pongamia pinnata)중 하나 일 수 있다.
대안적으로, 입자의 적어도 일부는 동물 예컨대, 가축으로부터 유래될 수 있다.
구체 예에서, 액체는 알코올을 포함한다. 알코올은 메탄올을 포함할 수 있다. 알코올은 에탄올을 포함할 수 있다. 알코올은 다른 적합한 알코올을 포함할 수 있다. 알코올은 리터당 10g 또는 그 초과의 입자를 가질 수 있다. 알코올은 리터당 100-400g의 입자를 가질 수 있다. 알코올은 리터당 150-250g의 입자를 가질 수 있다.
구체 예에서, 반응은 전구체중의 트리글리세리드의 메틸 또는 에틸 에스테르로의 대체를 포함한다. 반응은 또한 글리세롤을 생성시킬 수 있다. 본 방법은 금속 수산화물 예컨대, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 액체에 첨가하는 것을 포함할 수 있으며, 금속 수산화물은 반응을 촉매한다. 알코올은 금속 수산화물을 20-40g/리터 함유할 수 있다. 반응은 1-6bar의 압력, 바람직하게는, 약 3bar에서 수행될 수 있다. 에스테르는 연료를 구성할 수 있다. 대안적으로, 글리세롤은 연료를 구성할 수 있다.
대안적 구체 예에서, 방법은 산, 메톡시드 또는 에톡시드중 하나 이상을 액체에 첨가하여 반응을 촉매시키는 것을 포함할 수 있다.
구체 예에서, 본 방법은 에스테르를 분리하는 단계를 포함한다. 에스테르 분리는 또한, 글리세롤을 분리하는 것을 포함할 수 있다. 에스테르 분리 단계는 용매중에 에스테르를 용해시키는 것을 포함할 수 있다. 용매는 헥산일 수 있다. 본 방법은 용매로부터 에스테르의 분별 분리 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 연료를 제조하는 장치를 제공하며, 장치는 생물학적으로 유래된 입자를 함유하는 액체를 액체중의 공동을 생성시키는 초음파에 노출시켜 입자의 적어도 일부로부터의 연료의 전구체가 액체에 노출되게 하며,또한 액체를 또 다른 초음파에 노출시키고, 다른 초음파가 액체와 전구체 사이의 반응을 증대시켜 연료를 형성되게 한다.
구체 예에서, 다른 초음파는 액체중에 실질적인 공동을 생성시키기에 불충분하다.
본 발명의 제 3 양태에 있어서, 연료를 제조하는 장치를 제공하며, 장치는
생물학적으로 유래된 입자를 함유하는 액체를 초음파에 노출시켜 액체중에 공동을 생성시키고, 입자의 적어도 일부로부터의 연료 전구체를 액체로 방출시키는 제 1 요소; 및
다른 초음파가 액체와 전구체 사이의 반응을 증대시켜 연료를 생성하게 하고, 또 다른 초음파에 액체를 노출되게 하는 제 2 요소를 포함한다.
구체 예에서, 다른 초음파는 액체중에 실질적인 공동을 생성시키기에 불충분하다.
구체 예에서, 제 2 요소는 제 1 요소와 유체 소통된다.
구체 예에서, 제 1 및 제 2 요소 각각은 액체를 함유하기 위한 각각의 용기를 포함한다. 용기는 각각의 용기 사이에 액체 소통시키기 위한 통로에 의해 연결될 수 있다.
구체 예에서, 각 요소는 각 초음파 공급원을 포함한다. 제 1 요소는 비교적 높은 파워의 초음파 공급원을 포함할 수 있다. 제 2 요소는 비교적 낮은 파워의 초음파 공급원을 포함할 수 있다.
구체 예에서, 장치는 액체가 제 1 요소를 통과하고 이어서 제 2 요소를 통과하게 하는 유동 제어기를 포함한다. 유동 제어기는 펌프를 포함할 수 있다. 유동 제어기는 밸브를 포함할 수 있다. 밸브는 체크 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 특성을 더욱 잘 이해시키기 위해, 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예로서 구체예가 설명될 것이다:
도 1은 연료 제조 방법의 한 구체예의 흐름도이다;
도 2는 연료 제조 방법의 또 다른 구체예의 흐름도이다;
도 3은 연료 제조 장치의 한 구체예의 개략도이다;
도 4는 연료 제조 장치의 또 다른 구체예의 개략도이다;
도 5는 도 4의 구체 예에서 사용가능한 유동 전지의 대안적인 구체 예이다.
본 발명의 일 구체 예는 조류 즉, 생물학적으로 유래된 입자 유형을 미정제유 및 석탄과 같은 화석 공급원으로부터 유래되는 일반적 디젤 연료와 유사한 품질의 연료로 전환시킨다. 조류는 일반적으로 지속가능한 공급원으로부터 획득가능한 생물학적 물질이다. 이러한 이유로, 연료는 바이오 연료, 더욱 특히, 바이오 디젤로서 분류될 수 있다. 바이오 디젤은 화석 디젤에 대한 완전한 또는 부분적인 대체물로서 사용될 수 있으며, 화석 디젤과 혼합되어 블렌드 (blend) 예컨대, B20 즉, 20%의 바이오 디젤과 80%의 화석 디젤의 혼합물로 혼합될 수 있다. 일부 다른 구체 예에서, 공급원료는 임의의 적합한 유형의 생물학적 물질 예컨대, 동물 지방 또는 오일, 다진 또는 으깨진 오일 시드 예컨대, 카놀라 또는 해바라기, 가공처리된 콩, 페니크레스 (pennycress), 자트로파, 머스타드, 아마, 팜 오일, 삼 (hemp), 식물성 오일 및 살리코르니아 비겔로비 (salicornia bigelovii)를 포함할 수 있다. 이러한 생물학적 물질 모두는 입자로서 존재할 수 있다.
도 1은 일반적으로 숫자 20으로 나타낸 연료 제조 방법의 일 구체예의 흐름도이다. 일 단계 (22)에서, 초음파 공동은 액체 알코올, 본 구체 예에서는, 에탄올중에 현탁된 조류의 막을 파괴하는데 이용된다. 본 단계는 초음파 분해로서 분류될 수 있다. 임의의 적합한 알코올 예컨대, 메탄올이 에탄올 대신에 대안적으로 사용될 수 있다. 연료 전구체는 파괴된 막을 빠져나와 알코올로 유입된다. 본 예에서, 연료 전구체는 살아있는 각각의 조류 세포에 의해 생성된 하나 이상의 지질을 포함한다. 또 다른 단계 (24)에서, 연료 전구체는 에탄올과 반응하여 바이오 디젤을 포함하는 혼합물을 생성시킨다. 본 단계 (24)는 본 구체 예에서, 적어도 초음파 에스테르화로서 분류될 수 있다. 그 후, 바이오 디젤은 생성된 혼합물로부터 분리될 수 있다. 반응 속도는 현탁물중의 실질적인 공동을 초래하기에는 불충분한 초음파에 현탁액을 노출시킴으로써 가속화된다. 대안적인 구체예에서, 이러한 초음파는 공동을 초래하기에는 불충분하다. 초음파 파워가 0으로부터 증가되기 때문에, 반응 속도는 대략적으로 액체에서 공동이 발생하는 파워까지 일반적으로 증가할 것이며, 그 후, 반응 속도는 초음파 파워의 추가의 증가로 저하되기 시작할 것이다. 이는 초음파의 전파가 액체내의 공동의 존재에 의해 방해되어 초음파의 액체 투과를 제한하기 때문일 수 있다. 공동은 또한, 반응에 직접적으로 악영향을 끼칠 수 있다. 대신, 에스테르화 단계 동안 가해진 초음파 파워는 액체내에 미시적인 교반을 초래하고, 조류 둘레의 액체 경계 층 및 가능하게는, 다른 화학-물리적 메카니즘의 파괴를 초래하도록 선택되어 반응 속도를 증대시킬 수 있다. 그러나, 매우 낮은 수준의 공동은 반응을 가속화시킬 수 있는 유용한 국소적 교반을 유도할 수 있다.
본 구체 예에서, 알코올 리터당 약 150-250g의 조류가 존재하며, 이는 더 높은 농도일 경우 결부될 수 있는 진하고 저항성의 현탁물 문제없이 충분한 처리량을 제공할 수 있다. 그러나, 또 다른 구체 예에서, 알코올은 리터당 10g 또는 그 초과의 조류, 리터당 400g 이하의 입자를 가질 수 있다.
본 구체 예에서, 반응 (24)은 지질 연료 전구체중의 트리글리세리드를 메탄올 또는 에탄올 각각이 사용되는 지의 여부에 따라 메틸 또는 에틸 에스테르로 대체시킨다. 다른 알코올이 사용되는 경우 다른 기가 치환될 수 있다. 반응은 초음파 공동화 단계 전 또는 후에 에탄올에 촉매 예컨대, 금속 수산화물 (예컨대, 수산화칼륨 또는 대안적으로, 산, 메톡시드 또는 에톡시드)의 첨가에 의해 촉매될 수 있다. 반응은 또한, 생성된 혼합물로부터 분리되는 경우 유용한 생성물이며, 그 자체로서 연료로서 사용될 수 있는 글리세롤을 생성한다. 조류 찌꺼기 또는 나머지 잔여물을 구성하는 고체 잔류물이 또한 생성된다. 고체 잔류물은 분리되어, 예를 들어, 비료 또는 충전제 물질로서 사용될 수 있다. 그렇지만 일반적으로, 이는 바이오 디젤을 구성하는 분리된 에스테르이다.
조류 공급원이 사용되지 않는 구체 예에서, 초음파 분해는 다른 구조 예컨대, 씨 껍질을 물리적으로 파괴하거나 예를 들어, 지방 또는 오일 입자를 분산시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 것과 유사한 방법 (26)의 또 다른 구체예의 흐름도이며, 도 1 (각각 단계 22 및 24)의 초음파 분해 단계 (34) 및 초음파 에스테르화 단계 (36) 둘 모두를 통합시킨 것이다. 본 구체예 (26)는 예를 들어, 연못에 함유된 물중에 조류를 성장시키고, 예를 들어, 적합한 미세한 메쉬 (mesh) 또는 막을 통한 물의 여과를 이용하여 물로부터 조류를 분리시키는 사전 단계를 포함한다. 조류는 일부 구체 예에서, 건조된 것일 수 있어 알코올에 첨가하여 슬러리를 형성시킬 수 있다. 본 구체 예는 또한, 헥산 (38) 또는 임의의 다른 적합한 용매를 혼합물에 첨가하고, 혼합물을 이의 성분 상으로 분리하는 후속 단계 (38, 39)를 포함한다. 에스테르는 헥산에 용해되고, 생성된 용액은 예를 들어, 쏟거나 다른 적합한 물리적 분리 공정 (39)을 통해 분리될 수 있는 층상을 형성한다. 그 후, 바이오 디젤 (39c)을 적어도 본 구체 예에서, 분별 증류 (39b)에 의해 헥산 (39d)으로부터 분리한다. 분리된 헥산 단계 (39d)는 단계 (38)의 공정으로 재유입될 수 있다.
도 3은 연료 제조를 위한 장치 (50)의 일 구체 예이다. 장치(50)는 연료의 배치식 생성에 적합할 수 있다. 도 1에 도시된 초음파 분해 (22) 및 에스테르화 (24) 단계는 예를 들어, 본 장치 또는 유사한 장치 (50)를 사용하여 수행될 수 있다. 장치 (50)는 생물학적으로 유래된 입자 (54)를 함유하는 장치 (50)내의 액체 (52)를 초음파 (56)에 노출시켜 액체 (52)중에 공동을 생성시키고 입자 (54)의 적어도 일부로부터의 연료 전구체를 액체 (52)로 유출시키게 한다. 장치는 또한, 액체 (52)를 또 다른 초음파 (58)에 노출시키게 하며, 이 초음파는 액체내에 동공을 생성시키기에는 불충분한 파워 (또는 대안적으로 초음파 세기)의, 동일하거나 상이한 초음파 발생 수단으로부터 기인될 수 있다. 또 다른 초음파 (58)는 액체 (52)와 전구체 사이의 반응을 증가시켜 연료를 형성시킨다. 초음파 (56 및 58)은 액체내에 침수된 상이한 초음파 공급원 (예컨대, 60, 62)로부터 기인될 수 있다. 적합한 공급원의 예로는 하이슬러 울트라소닉 (Hielscher Ultrasonics, Germany)에 의해 제작된 UIP1000hd 울트라소닉 프로브이며, 이는 20kHz의 초음파 주파수에서 작동하며, 1kW의 일반적인 최대 파워를 가지며, 이는 조류 슬러리를 20-100l/hr 이하로 처리하기에 충분하다. 프로브는 티타늄 팁이며, 이는 마모 내성이며, 유효한 파 가이드 물질이며, 비교적 화학적으로 불활성이다. 그러나, 일부 다른 구체 예에서, 팁은 예를 들어, 스테인레스 강철 또는 다른 적합한 물질로 제작될 수 있다. 높거나 낮은 파워의 다른 공급원이 필요에 따라 생산 규모의 확대 또는 축소를 위해 사용될 수 있다. 하나 초과의 프로브가 장치 (50)내의 초음파의 분포를 구성하거나 가해진 초음파 파워를 증대시키는데 이용될 수 있다. 구체 예에서, 단일 공급원이 사용되며, 초음파 분해 단계는 공동을 달성하기에 높은 파워에서 프로브를 구동시킴으로써 수행되며, 그 후, 에스테르화 단계 동안 공동을 저하시키기 위해 실질적으로 감소된 초음파 파워에서 구동될 수 있다.
도 4는 연료 제조를 위한 장치 (70)의 또 다른 구체 예이다. 장치 (70)는 연료의 연속 또는 반-연속 생성에 적합할 수 있다. 공급원, 본 구체 예에서는, 조류/알코올 슬러리의 흐름이 용기, 셀 또는 반응기 (74) 형태, 본 구체 예에서는, 유동 셀 형태의 제 1 요소로 유입된다. 펌프 (73)는 장치를 통한 흐름을 제어한다. 제 1 요소내의 초음파 분해 영역 (76)은 유동 셀 (74)을 관통하는 초음파 프로브 (78)의 팁 (77)으로부터의 비교적 강한 초음파에 의해 생성된다. 초음파 공동은 영역 (76)에서 발생하며, 이는 조류 입자를 파괴하여 입자의 적어도 일부로부터의 연료의 지질 전구체를 알코올로 방출시킨다. 도 5는 유동 셀 (74)의 또 다른 구체 예이며, 유사하거나 상응하는 요소가 유사하게 나타내었다. 프로브 팁 (77)의 폭은 유입구 직경 보다 넓어 모든 슬러리가 처리될 수 있게 한다.
도 4에 있어서, 분해된 슬러리는 유입구 (81)를 통해 제 1 요소 (74)와 용기, 셀 또는 반응기 형태 (82)의 제 2 요소를 연결시키는 통로 (80)를 통과한다. 용기 (82)에는 또한, 예를 들어, 생성된 혼합물을 용기 (82)로부터 홀딩 탱크로 유동시키기 위한 출구 (86)가 구비되어 있다. 통로 (80)는 제 1 요소 (74)와 제 2 요소 (82)를 유체 소통시킨다. 체크-밸브 (81)가 통로 (80)에 위치할 수 있다. 제 2 요소 (82)는 외벽 (94)을 가지며, 압전 변환기 (88) 형태의 초음파 공급원이 예를 들어, 에폭시 수지 또는 기계적 클램핑 배치에 의해 외벽에 부착된다. 이 경우, 용기 (82) 자체는 초음파 (90)의 공급원이 된다. 초음파 변환기 (88)는 또 다른 초음파를 방출하며, 이는 제 2 요소의 벽 (94)을 통해 용기 (82)의 내용물 (92) 즉, 분해된 슬러리 (92)로 전달된다. 또 다른 초음파 (90)는 액체에서 공동을 생성시키기에는 불충분하며, 액체와 전구체 사이의 용기내 (82) 반응을 증대시켜 연료를 생성시키는 파라미터를 갖는다. 제 2 용기 (82)는 일반적으로, 실린더형일 수 있으며, 원형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 다른 형태의 단면을 갖는다. 제 1 용기 (74) 및 제 2 용기 (82) 각각의 부피 비는 상이한 유체 잔류 또는 통과 시간을 갖도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 유체는 제 1 용기 (74) 내에서 수초 동안 머무른 후, 제 1 용기보다 수배의 부피를 갖는 제 2 용기 (82)에서 수분 동안 머무를 수 있다. 제 1 및 제 2 요소는 일반적으로 각각 임의의 적합한 용기 예컨대, 파이프, 드럼 또는 실린더 또는 이들의 조합일 수 있음이 자명할 것이다. 용기는 임의의 적합한 물질 예컨대, 스테인레스 강철, 또는 고밀도 폴리에틸렌으로부터 제조될 수 있다.
실시예
실시예에서, 분리되고 건조된 조류가 제공되며, 메탄올에 리터당 200g의 조류로 현탁된다. 건조 조류는 수분을 덜 함유하며 에스테르교환 반응을 감속시킬 수 있다.
현탁물을 약 100W/cm2 또는 초과의 세기의 제 1의 고출력 초음파 처리로 처리되어 강한 공동을 유도하며, 이는 조류 막의 적어도 일부를 파괴하여 막내에 함유된 지질을 방출시킨다. 초음파 반응기는 모든 조류가 15초의 잔류 시간으로 강한 공동 구역을 통과하도록 설계된다. 또 다른 구체 예에서, 잔류 시간은 수 초로 저하될 수 있다.
에스테르 교환 반응은 방출된 리피드의 트리글리세리드를 메틸 에스테르로 대체시켜 부산물로서 글리세롤을 생성시키는 것을 포함한다. 이러한 반응은 현탁물에 20-40g/L의 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 첨가함으로써 촉매된다. 이러한 반응은 반응을 저하시킬 수 있는 공동을 초래하지 않도록 선택된 제 2 초음파 처리에 의해 촉진될 수 있다. 에스테르 교환 반응의 속도는 적합한 초음파 처리에 의한 1 내지 2배 증가될 수 있다.
그 후, 예를 들어, 국제특허 명세서 WO8401527A (Jewett-Norman, et al.)에 기재된 방법을 이용하여 글리세린과 메틸 에스테르 혼합물을 분리한다. 글리세린은 부산물로 발생된다.
메틸 에스테르를 히드로알코올 용액 및 이어서, 헥산을 첨가하여 정제한다. 헥산 상은 대부분의 오일을 함유하며, 수성상은 잔여 불순물을 함유한다. 모든 오일이 추출되게 하기 위해, 이들 상을 잘 혼합해야 하나, 에멀션이 형성될 수 있으며, 이는 두 상의 분리를 저하시킨다. 이러한 분리는 다시 제왯-노만 (Jewett-Norman) 기법을 이용하여 다시 촉진되어 정제된 추출물 및 히드로알코올 상을 수득할 수 있다.
일부 구체 예가 하기 이점중 일부를 가질 수 있음이 자명할 것이다:
ㆍ초음파 분해 단계 및 초음파 보조된 에스테르화 단계의 분리는 각 단계에서 사용된 초음파를 최적화시켜 연료 생성을 증가시킬 수 있다;
ㆍ 방법 및 장치는 연료의 통상적 생산을 위한 산업적 규모를 가질 수 있다.
특정 구체 예에 대한 일부 변화는 하기를 포함한다:
ㆍ장치의 제 1 요소 및 제 2 요소 중 하나 또는 모두는 유동 셀을 포함할 수 있다;
ㆍ장치의 제 1 요소 및 제 2 요소 중 하나 또는 모두는 예컨대, 16KHz 및 20kHz의 상이한 주파수로 구동된 두 개의 상반된 초음파 처리된 금속 플레이트를 포함할 수 있다;
ㆍ초음파 중 하나 또는 둘 모두는 더욱 현저한 효과를 위해 펄싱 (pulse)될 수 있으며, 이는 또한 에너지를 절약시킬 수 있다;
ㆍ장치의 제 1 요소 및 제 2 요소중 하나 또는 모두는 텔소닉 튜블러 공진기 (Telsonic tubular resonator), 또는 마틴 월터 푸시-풀 시스템 (Martin Walter Push-Pull system) 또는 유사한 공진기를 포함할 수 있다;
ㆍ고출력 프로브는 저출력 초음파 공급원 세트로 대체될 수 있다;
ㆍ초음파가 집중화되어 초음파 세기를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 대한 다양한 변화 및/또는 변경이, 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서 특정 구체 예에서 보여준 바와 같이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 구체 예는 모든 양태에서 예시로서 간주되며 제한하고자 하는 것은 아니다.
하기 청구범위 및 본 발명의 상기 기술에서, 문맥상 다르게 해석되지 않는 한, 용어 "포함하다" 또는 이의 유사어 "포함하는"은 포괄적 의미로 사용된다. 즉, 언급된 특징의 존재를 상술한 것이며, 본 발명의 다양한 구체 예에서의 추가의 특징의 존재 또는 첨가를 배제시키는 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 조류 입자를 함유하는 알코올을 제1 초음파에 노출시키는 단계로서, 제1 초음파는 알코올 중에 공동(cavitation)을 생성하고 입자의 적어도 일부로부터 연료의 전구체를 알코올에 유출시키는 파라미터를 갖는, 단계 ; 및
    연료를 형성하기 위해 알코올과 전구체 사이의 반응을 증대시키는 파라미터를 갖는 제2 초음파에 알코올을 노출시키는 단계를 포함하는 연료 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 초음파는 알코올내에 공동을 생성시키기에는 불충분한 연료 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공동은 상기 입자의 파괴 및 입자 내에 함유된 지질의 방출을 야기하며, 상기 지질은 연료의 전구체를 구성하는 연료 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    공동을 생성하는 초음파는 50W/cm2 이상의 세기를 갖는 연료 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 또는 연료를 형성하기 위해 알코올과 전구체 사이의 반응에 적합한 다른 알코올을 포함하는 연료 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응은 전구체 중의 트리글리세리드의 메틸 또는 에틸 에스테르로의 교환을 포함하는 연료 제조 방법.
  7. 조류 입자를 함유하는 알코올을, 알코올 중에 공동 (cavitation)을 생성하고 입자의 적어도 일부로부터 연료의 전구체를 알코올에 유출시키는 파라미터를 갖는 제1 초음파에 노출하도록 구성되고,
    연료를 형성하기 위해 알코올과 전구체 사이의 반응을 증대시키는 파라미터를 갖는 제2 초음파에 알코올을 노출하도록 구성되는 연료 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 초음파는 알코올 내에 실질적인 공동을 생성시키기에는 불충분한 연료 제조 장치.
  9. 조류 입자를 함유하는 알코올을, 알코올 중에 공동 (cavitation)을 생성하고 입자의 적어도 일부로부터 연료의 전구체를 알코올에 유출시키는 파라미터를 갖는 제1 초음파에 노출하도록 구성된 제1 요소; 및
    연료를 형성하기 위해 알코올과 전구체 사이의 반응을 증대시키는 파라미터를 갖는 제2 초음파에 알코올을 노출하도록 구성된 제2 요소를 포함하는 연료 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 초음파는 공동을 생성시키기에는 불충분한 연료 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    제2 요소는 제1 요소와 유체 소통되는 연료 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 요소 및 제2 요소가 각각 알코올을 함유하기 위한 각각의 용기를 포함하는 연료 제조 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    용기들이 각각의 용기 사이의 알코올의 소통을 위한 통로에 의해 연결될 수 있는 연료 제조 장치.
  14. 제13항에 있어서, 각 요소는 각각의 초음파 공급원을 포함하는 연료 제조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 요소는 상대적으로 고출력 초음파 공급원을 포함할 수 있는 연료 제조 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    제2 요소는 상대적으로 저출력 초음파 공급원을 포함할 수 있는 연료 제조 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    알코올을 제1 요소 및 이어서 제2 요소로 유도하는 유동 제어기를 포함하는 연료 제조 장치.
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