KR20090004601A - 보다 완전한 연료 연소를 위한 나노크기 금속 및금속산화물 입자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 연료 조성물은 액체 연료 및 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합을 포함한다. 나노크기 금속 입자 및 나노크기 금속 산화물 입자는 연소를 개선시키거나 연료의 촉매화학 산화반응을 증가시키는데 사용할 수 있다.
Figure P1020080061904
연료 조성물, 나노크기 금속 입자, 금속 산화물 입자, 액체 연료

Description

보다 완전한 연료 연소를 위한 나노크기 금속 및 금속산화물 입자 {NANO-SIZED METAL AND METAL OXIDE PARTICLES FOR MORE COMPLETE FUEL COMBUSTION}
연료 연소를 촉매하는 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자, 그리고 연료 연소를 개선하는 방법 등이 제공된다.
엔진 제조업체들은 엔진 설계를 통해 연료 경제성 개선을 계속해서 모색하고 있다. 연료 경제성 개선에 있어 대안적인 방법들에는 새로운 연료와 엔진 오일의 제조가 포함된다. 자동차 엔진과 같은 연소 엔진은 일반적으로 효율적인 작동을 위한 높은 옥탄가의 가솔린을 필요로 한다. 과거에는 옥탄가를 증가시키기 위해 납이 가솔린에 추가되었다. 그러나 건강 및 환경상의 문제로 인해 납은 가솔린에서 제거되었다. 납은 또한 삼원촉매장치(catalytic converter)에 유독하여, 그의 수명을 크게 줄일 수 있다. 옥탄가를 증가시키기 위해 메틸-t-부틸 에테르(MTBE) 및 에탄올와 같은 함산소화합물(oxygenate)을 가솔린에 첨가할 수 있다. MTBE는 일반적으로 납보다 독성이 낮지만 지하수 오염과 연관성이 있다는 의견도 있다. 또한 벤젠, 방향족 및 올레핀과 같이 가솔린에 일반적으로 포함된, 고옥탄가 성분들 가운데 일부를 감소시키려는 요구도 있다.
다음은 본 발명의 몇 가지 사항들에 관한 기초적인 이해를 제공하기 위해 발명의 요약을 제시한다. 본 요약은 본 발명의 포괄적인 개요가 아니다. 또한 본 요약은 본 발명의 핵심 또는 중요 요소들을 확인하거나 또는 본 발명의 범위를 서술하기 위한 의도가 없다. 오히려, 본 요약의 유일한 목적은 이후 제시되는 상세한 설명에 대한 서문으로서 간단한 형식으로 본 발명의 몇 가지 개념을 제시하고자 하는 것이다.
본 발명은 연소를 개선시키고, 유해한 배기가스 방출을 감소시키고, 연료의 촉매화학 산화반응을 증가시키는 데 사용될 수 있는 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자를 제공한다.
본 발명의 한 가지 측면은 액체 연료 및 나노크기 금속 입자, 또는 나노크기 금속 산화물 입자, 또는 이들의 조합 등을 포함하는 연료 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 측면은 운반체(carrier)/유기용제 및 나노크기 금속 입자, 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합 등을 포함하는 연료 첨가제 조성물에 관한 것이다. 기타 본 발명의 측면은 연료 조성물 제조방법, 연소 개선 방법, 연료 조성물의 촉매화학 산화반응 증가 방법 등을 포함한다.
전술한 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하 청구항에서 구체적으로 기술되고 지적된 특징들을 포함한다. 하기 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 특정 예시적 측면들과 구현예들을 상세히 제시한다. 하지만 이들은 본 발명의 원리가 적용되는 다양한 방법들 가운데 단지 몇 가지를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 새로운 특징들은 도면을 함께 고려함으로써 하기 본 발명의 상세한 설명에서 명확히 알 수 있다.
나노크기 금속 입자 및/또는 나노크기 금속 산화물 입자가 연료와 결합되어 연료 연소를 개선시킨다. 나노크기 금속 입자는 연료 조성물을 제조하기 위해 연료와 결합되는(즉, 부유되거나 분산되는 형태로) 연료 첨가제 조성물에 존재하거나, 또는 연료 조성물에 존재한다.
어떤 이론에도 구속되지 않으면서, 나노크기 금속 입자가 연소 과정에서 산화되는 액체 연료 조성물에 존재하면 추가 에너지원이 제공된다. 나노크기 금속 입자는 탄화수소 기반 연료의 촉매화학 산화반응 또는 연소를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 엔진출력이 증가된다. 여전히 어떤 이론에도 구속되지 않으면서, 액체 연료 조성물에 존재하는 나노크기 금속 또는 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합은 연소 과정에 의해 생성되는 대기오염 부산물을 감소시키면서 과도기의 연소 과정에 산소를 공급할 수 있는 촉매 표면을 제공한다고 여겨진다. 연소 과정이 보다 완벽해지므로, 환경친화적인 내연 엔진 연료가 제공된다.
나노크기 금속 또는 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합은 연소를 개선하는 다른 반응에도 관여할 수 있다. 예를 들어, 나노크기 금속 산화물 입자는 연료 특히, 알코올과 같은 함산소화합물을 함유하는 연료를 오염시킬 수 있는 낮은 수준의 수분을 차폐시킬 수 있다. 에탄올이 존재하는 상태에서 이러한 차폐는 에탄올에 대한 민감도 또는 RON과 MON 농도 차이를 감소시키면서 또 다른 이점을 제공한다고 여겨진다. 민감도의 감소는 엔진이 부하를 받을 때 그 연료 성능을 높이고 연료에 대한 옥탄 비율을 증가시킬 수 있다. 나노크기 금속 또는 금속 산화물 입자는 내연 엔진에서 금속 부품상에 코팅을 형성하는 작용을 하여 윤활성을 추가할 뿐만 아니라 내연 엔진 부품상의 탄소 침착을 방지한다. 이것은 엔진 정비 요구를 감소시킨다.
나노크기 금속 또는 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합은 탄화수소 기반 연료에 첨가되어 연소 중에 출력을 증가시킨다.
연소 과정(탄화수소 연료의 산화)은 금속 및 금속 산화물 입자 없는 동질적인 가스상 반응에서의 동일한 산화 과정에 비해 (나노크기 금속 및 금속 산화물 입자에 의해 제공된) 고형 촉매 표면에서의 실질적으로 이질적인 반응에 의해 더 빠르게 일어날 수 있다. 따라서, 본 발명은 보다 완전한 연소를 위해 요구되는 상당히 증가된 표면적을 갖는 나노크기 고형 촉매를 제공한다.
나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 연료의 연소반응을 촉매하는데 적합하되, 1) 연료 필터를 통과할 수 있고 2) 최소한 실질적으로 자체 연소하거나, 승화하거나, 미립자 배출이 최소화되고/거나 제거될 수 있도록 소실되는 크기를 갖는다. 한 실시태양에서, 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 입자 중량 기준 약 90% 이상이 약 1~990nm인 크기를 갖는다. 이와 관련하여, 크기는 직경과 같은 입자의 평균 단면과 관련된다. 또 다른 실시태양들에서, 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 입자 중량 기준 약 90% 이상이 약 1~75nm의 크기를 갖는다. 다른 실시태양에서, 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 입자 중량 기준 약 90% 이상이 약 1.5~40nm의 크기를 갖는다. 또다른 실시태양에서, 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 입자 중량 기준 약 90% 이상이 약 2~20nm의 크기를 갖는다. 또다른 실시태양에서, 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 입자 중량 기준 약 90% 이상이 약 1~1nm의 크기를 갖는다. 다른 실시태양에서는, 입자 중량 기준 약 100%가 약 20nm 미만인 크기를 포함하여 상기 기술한 크기 가운데 하나를 갖는다.
나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 동일한 양의 벌크 형태의 촉매제를 사용한 것에 비해 연료의 연소반응을 촉매하고 연소율을 증가시키는데 적합한 표면적을 갖는다. 증가된 표면적은, 높은 다공성을 갖는 입자보다 작은 크기의 입자들을 통해 보다 잘 얻어진다. 한 실시태양에서, 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 약 50~1,000m2/g의 표면적을 갖는다. 다른 실시태양에서, 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 약 100~750m2/g의 표면적을 갖는다. 또다른 실시태양에서, 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 약 150~600m2/g의 표면적을 갖는다.
나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 동일한 양의 벌크 형태의 촉매제를 사용한 것에 비해 연료의 연소반응을 촉매하고 연소율을 증가시키되 연료 필터를 통과할 수 있는 형태를 갖는다. 하나 이상의 형태의 예로서, 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 구형, 실질적으로 구형, 타원형, 팝콘형, 판형, 입방형, 피라미드형, 원통형 등을 들 수 있다. 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 결정형이거나, 부분적으로 결정형이거나, 무정형일 수 있다.
나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 연료의 연소반응을 촉매하는데 적합한 임의의 물질을 함유할 수 있다. 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자가 함유하는 물질의 일반적인 예는 다음 중 하나 이상을 포함한다(원소주기율표의 족으로 칭함): IIa족 금속, IIa족 금속 산화물, IIIa족 금속, IIIa족 금속 산화물, IVa족 금속, IVa족 금속 산화물, VIII족 금속, VIII족 금속 산화물, Ib족 금속, Ib족 금속 산화물, IIb족 금속, IIb족 금속 산화물, IIIb족 금속 및 IIIb족 금속 산화물. 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자가 함유하는 물질의 구체적인 예는 다음 중 하나 이상을 포함한다: 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 세륨, 티타늄, 지르코늄, 철, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 아연, 알루미늄, 혼합 금속 입자, 합금 금속 입자, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 바륨 산화물, 세륨 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 철 산화물, 루테늄 산화물, 오스뮴 산화물, 코발트 산화물, 로듐 산화물, 이리듐 산화물, 니켈 산화물, 팔라듐 산화물, 백금 산화물, 구리 산화물, 은 산화물, 금 산화물, 아연 산화물, 알루미늄 산화물, 혼합 금속 산화물 입자, 혼합 금속-금속 산화물 입자.
한 실시태양에서, 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자는 건강상 유해하고 환경 비친화적인 (현재 또는 향후 기준에 의해) 금속 및 금속 산화물을 함유하지 않는다. 예를 들어, 한 실시태양에서 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자는 납 및/또는 납 산화물을 함유하지 않는다.
한 실시태양에서, 나노크기 금속 입자는 2 이상의 금속/금속 산화물, 3 이상의 금속/금속 산화물, 또는 4 이상의 금속/금속 산화물을 함유하는 혼합 금속 입자 및/또는 혼합 금속 산화물 입자를 포함한다. 혼합 금속 입자 및/또는 혼합 금속 산화물 입자의 예는 다음 중 하나 이상을 포함한다: 알루미늄-마그네슘, 알루미늄-철, 알루미늄-아연, 아연-마그네슘, 아연-마그네슘-철, 칼슘-마그네슘, 철-마그네슘-아연, 칼슘-마그네슘-철, 니켈-마그네슘, 알루미늄-니켈, 니켈-마그네슘-알루미늄, 알루미늄-세륨, 알루미늄-마그네슘 산화물, 알루미늄-철 산화물, 칼슘-마그네슘 산화물, 칼슘-마그네슘-아연 산화물, 칼슘-마그네슘-철 산화물, 니켈-마그네슘 산화물, 알루미늄-니켈 산화물, 니켈-마그네슘-알루미늄 산화물, 알루미늄-세륨 산화물 등.
나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자의 대다수는 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich Inc.)를 포함하여 여러 공급원으로부터 상업적으로 입수가능하다. 대안으로서, 업계에서 알려진 방법으로 금속염을 상응하는 금속 또는 금속 산화물로 전환하여 금속 산화물을 얻을 수 있다. 이러한 전환은 불활성 또는 대기성 환경에서의 하소 또는 용액 상태로의 가열과 같이 불활성 대기 또는 가열 공기 등에서 발생할 수 있다.
한 실시태양에서, 금속염은 액체에 용해되어 초음파 조사를 거친 후 금속 또는 금속 산화물로 전환된다. 금속염에는 금속 카르복실산염, 금속 할로겐화물 및 금속 아세틸아세톤 등이 포함된다. 즉, 금속 카르복실산염, 금속 할로겐화물 및 금속 아세틸아세톤은 금속 산화물을 만드는데 사용될 수 있다. 금속 카르복실산염 에는 금속 아세트산염, 금속 에틸헥산산, 금속 글루콘산염, 금속 수산염, 금속 프로피온산염, 금속 판토텐산염, 금속 시클로헥산부티르산염, 금속 비스(암모늄 락토) 이수산화물, 금속 시트르산염 및 금속 메타크릴산염 등이 포함된다. 금속 카르복실산염의 구체적인 예로서 알루미늄 락트산염, 칼슘 아세트산염, 칼슘 에틸헥산산, 칼슘 글루콘산염, 칼슘 수산염, 칼슘 프로피온산염, 칼슘 판토텐산염, 칼슘 시클로헥산부티르산염, 세륨 아세트산염, 세륨 수산염, 세륨 아세트산염, 세륨 포름산염, 철 아세트산염, 철 시트르산염, 철 수산염, 마그네슘 아세트산염, 마그네슘 메틸탄산염, 마그네슘 글루콘산염, 니켈 아세트산염, 니켈 에틸헥산산, 니켈 옥타논산염, 주석 아세트산염, 주석 수산염, 티타늄 비스(암모늄 락토) 이수산화물, 아연 아세트산염, 아연 메타크릴산염, 아연 스테아르산염, 아연 시클로헥산부티르산염, 지르코늄 아세트산염, 지르코늄 시트르산염 등을 들 수 있다.
2 이상의 금속 염은 혼합 금속 산화물을 만드는데 사용될 수 있다. 혼합 금속 산화물은 최소한 두 가지의 상이한 금속 산화물들을 함유한다. 혼합 금속 산화물은 최소한 세 가지의 상이한 금속 산화물들을 함유한다. 다르게는, 혼합 금속 산화물은 최소한 네 가지의 상이한 금속 산화물들을 함유한다.
금속 카르복실산염과 같은 금속염을 금속 산화물로 전환하기 위해 임의의 적합한 액체가 사용될 수 있다. 이러한 액체의 예로서 물 그리고 알코올, 에테르, 에스테르, 케톤, 알칸, 방향족 화합물 등과 같은 유기용제를 들 수 있다. 액체로 무수 에탄올과 같은 무수 알코올을 사용할 때, 알코올은 그러한 전환 과정 중에 유리될 수 있는 물과 복합체를 형성한다.
금속 입자 및 금속 산화물 입자를 만드는 방법은 업계에서 알려져 있으며 미국특허 5,039,509, 5,106,608, 5,654,456, 6,179,897(금속을 그래파이트와 결합, 중간체 금속 탄소화합물을 형성하도록 가열하고, 금속 탄소화합물을 분해하고 금속을 증기로 배출하도록 보다 많은 열을 가한 다음, 순수 금속 산화물 분말을 형성하도록 산화시킴), PCT 공개공보 No. WO/2007/000014 등에 기술되어 있는데, 이들 모두는 본원에 참고문헌으로 포함된다.
나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자(또는 연료 조성물 또는 연료 첨가제 조성물)는 한 가지 이상의 계면활성제를 포함하거나 계면활성제로 코팅처리된다. 계면활성제는 연료 조성물 내에서의 입자 부유, 응집 방지, 및 입자와 액체 연료 사이에서의 친화성 촉진 중 한 가지 이상을 용이하게 할 수 있다. 이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 양성(amphoteric) 계면활성제 및 비이온 계면활성제 등을 포함한 임의의 적합한 계면활성제를 사용할 수 있다. 계면활성제는 업계에서 알려져 있는 것으로서, 이들 대부분은 다수의 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 양성 계면활성제를 설명하고 있는 문헌 [McCutcheon, "Volume I: Emulsifiers and Detergents", 1995, North American Edition, published by McCutcheon's Division MCP Publishing Corp., Glen Rock, N.J., pp 1-232]에 기술되어 있으며, 이 내용은 본원에 참고문헌으로 포함된다.
음이온(일반적으로 황산염, 술폰산염 또는 카르복실산염계 음이온) 계면활성제의 예로서 황산도데실나트륨(SDS), 라우릴황산암모늄 및 기타 알킬황산염, SLES(소듐 라우릴 에테르 황산염)로도 알려진 라우레스황산나트륨, 알킬벤젠술폰산염, 비누류, 또는 지방산염(산성염을 참조할 것)을 들 수 있다.
양이온(일반적으로 4가 암모늄계 양이온) 계면활성제의 예로서 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB) a.k.a. 헥사데실트리메틸 암모늄 브로마이드 및 기타 알킬트리메틸암모늄염, 세틸피리디늄 클로라이드(CPC), POEA(폴리에톡시화 탈로우 아민), 벤잘코늄 염화물(BAC) 및 벤제토늄 염화물(BZT) 등을 들 수 있다.
양쪽성 또는 양성 계면활성제의 예로서 도데실 베타인, 도데실 디메틸아민 산화물, 코카미도프로필 베타인 및 코코 암포 글리실산염 등을 들 수 있다.
비이온 계면활성제의 예로서 알킬 폴리(에틸렌 산화물), 옥틸 글루코사이드와 같은 알킬 폴리글루코사이드, 데실 말토사이드, 세틸 알코올과 올레일 알코올과 같은 지방산 알코올류, 코카마이드 DEA 및 코카마이드 TEA 등을 들 수 있다.
한 실시태양에서, 연료 조성물은 중량 기준 약 0.001~1%의 하나 이상의 계면활성제를 함유한다. 다른 실시태양에서 연료 조성물은 중량 기준 약 0.01~0.1%의 하나 이상의 계면활성제를 포함한다.
나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자는 적어도 부분적으로 부유될 수 있으나, 일반적으로는 임의의 적절한 방식으로 액체 연료 조성물 중에 부유된다. 나노크기 입자의 크기가 상대적으로 작으면, 그 고유의 본성에 따라, 비록 나노크기 입자의 밀도 및/또는 비중이 액체 연료의 밀도 및/또는 비중보다 몇 배 더 크더라도 상대적으로 큰 입자(미크론 이상)에 비해 장기간에 걸쳐 부유될 수 있다. 부유시간이 길다는 것은 시간이 지남에 따라 엔진에 들어가는 나노크기 입자들을 함유 하는 액체 연료가 보다 균일하고/거나 일정하게 분산되는 나노크기 입자들을 함유함을 뜻한다.
부유물은 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자, 그리고 연료와 상용성인 운반체액(carrier fluid)을 함유한다. 예를 들어, 나노입자가 알코올 용액에서 만들어질 때, 또는 톨루엔이나 크실렌이 운반체액으로 사용될 때, 그 결과 부유물은 펌프 가솔린에 직접 첨가될 수 있다. 이와 유사하게, 디젤 연료의 경우, 보다 많은 세탄 증진제(cetane enhancer)로 이루어진 또 다른 운반체액이 사용될 수 있다. 연료와 상용성인 운반체액과 함께 하나 이상의 적절한 계면활성제의 사용으로 나노입자의 부유성을 향상시킬 수 있다.
나노크기 금속입자 및 금속 산화물 입자는 건조 분말형태가 될 수 있다. 분말형은 나노크기 금속 입자 및 금속 산화물 입자의 부유물을 분무 건조하여 제조될 수 있다. 질소와 같은 비활성 가스가 입자의 분무 건조에 사용될 수 있다. 코팅 처리된 분말은 연료에 또는 분말로서 엔진에 첨가되거나 연료에 상용성인 페이스트로 제조될 수 있다. 분말은 연료에 첨가하는 대신 엔진의 공기 흡입에 직접 추가될 수 있다.
하나 이상의 적절한 계면활성제를 사용하여 분산의 균일성이 이루어지고/거나 부유 지속이 촉진될 수 있다. 이러한 계면활성제들의 예로서 양성 계면활성제, 이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제 등을 들 수 있다. 그러나 한 실시태양에서, 계면활성제는 황 원자를 함유하지 않는다. 다른 실시태양에서, 계면활성제는 할로겐화물 원자를 함유하지 않는다. 계면활성제가 사용된다면, 나노크기 입자들 을 연료와 결합시키기 전에, 결합시키는 중에 또는 결합시킨 후에 계면활성제를 액체 연료 조성물에 첨가할 수 있다. 다르게는, 나노크기 입자를 연료에 첨가하기 전에 계면활성제와 접촉시키거나 계면활성제로 코팅처리할 수 있다. 분말형은 하나 이상의 적절한 계면활성제를 함유하는 나노크기 금속 입자 또는 금속 산화물 입자의 부유물을 분무 건조하여 제조될 수 있다. 다르게는, 오븐 건조 내지 진공 건조를 적용하여 계면활성제 코팅처리된 입자를 형성할 수 있다. 분무 건조 시 안전성을 기하기 위해, 질소와 같은 비활성 가스를 사용하여 계면활성제로 입자를 분무 건조시킬 수 있다. 그런 다음 계면활성제로 코팅처리된 분말을 연료에 첨가시킬 수 있다.
나노크기 입자를 함유하는 액체 연료 조성물을 혼합하고, 휘젓고, 블렌딩하고, 진탕하고, 초음파처리하거나 교반시켜서 분산의 균일성이 이루어지거나 부유 지속이 촉진될 수 있다.
액체 연료 조성물은 연료의 연소 반응을 촉매하기 위해 적어도 부분적으로 부유된 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자의 적절한 양을 함유한다. 한 실시태양에서, 액체 연료 조성물은 액체 연료 및 약 0.01~500ppm의 부유된 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자를 함유한다. 다른 실시태양에서, 액체 연료 조성물은 액체 연료 및 약 0.05~250ppm의 부유된 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자를 함유한다. 또다른 실시태양에서, 액체 연료 조성물은 액체 연료 및 약 0.1~100ppm의 부유된 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자를 함유한다. 또다른 실시태양에서, 액체 연료 조성물은 액체 연료 및 약 1~75ppm의 부 유된 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자를 함유한다.
연료 첨가제 조성물은 액체 연료와 합쳐지기 전에 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자를 저장하고 운반하는 효율적인 수단을 제공한다. 한 실시태양에서, 연료 첨가제 조성물은 하나 이상의 적절한 계면활성제로 코팅처리된 건조 분말이다. 다른 실시태양에서는 계면활성제가 사용되지 않는다. 다른 실시태양에서는 연료 첨가제 조성물은 중량 기준 약 10% 내지 약 95%의 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자 및 중량 기준 5% 내지 90%의 연료 상용성 유기 용제 및 중량 기준 약 5% 내지 약 10%의 하나 이상의 적절한 계면활성제를 함유하는 페이스트이다. 다른 실시태양에서는 연료 첨가제 조성물이 운반체액 및 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자 및 하나 이상의 적절한 계면활성제 등의 혼합물이다.
연료 첨가제 조성물 또는 연료 조성물은 비시클릭 방향족 화합물을 임의적으로 함유할 수 있다. 비시클릭 방향족 화합물의 예로는 나프탈렌, 나프탈렌 치환체, 비페닐 화합물, 비페닐 화합물 유도체 및 그 혼합물 등을 들 수 있다. 한 실시태양에서, 연료 조성물은 하나 이상의 비시클릭 방향족 화합물을 약 0.01~1000ppm을 함유하는 반면, 연료 첨가제 조성물은 중량 기준 약 0.1% 내지 약 10% 함유한다. 다른 실시태양에서, 연료 조성물은 하나 이상의 비시클릭 방향족 화합물을 약 0.1~500ppm을 함유하는 반면, 연료 첨가제 조성물은 중량 기준 약 0.5% 내지 약 5% 함유한다.
연료 첨가제 조성물에서 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자 및 임의적 인 비시클릭 방향족 화합물은 연료 첨가제 조성물을 형성하도록 운반체액에서 분산될 수 있다. 운반체액은 최소 100.F의 인화점 및 최소 400.F의 자동발화 온도를 갖거나 C1-C3 알코올이다. 운반체액의 예로서 톨루엔, 크실렌, 등유 및 C1-C3 1가, 2가 또는 다가 지방족 알코올 중 하나 이상을 들 수 있다. 지방족 알코올의 예로서, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로필 알코올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등을 들 수 있다. 한 실시태양에서, 연료 첨가제 조성물은 중량 기준 90% 이상의 운반체액 및 중량 기준 10% 이하의 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 함유한다.
일부 연료 및 연료 첨가제는 아세톤, 에테르, MTBE와 같은 상대적으로 다량 또는 소량의 케톤을 함유한다. 상대적으로 다량 또는 소량의 케톤 또는 에테르는 연료 조성물 및 연료 첨가제 조성물에서 필수적인 것은 아니다. 한 실시태양에서, 상대적으로 다량(체적으로 5% 이상)의 케톤 또는 에테르는 연료 조성물 및/또는 연료 첨가제 조성물에 존재하지 않는다. 왜냐하면 케톤 및 에테르는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자의 용해도를 낮춰서 얻어지는 연료 조성물의 발화점을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다.
연료 조성물은 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자 및 액체 연료 등을 혼합시켜서 형성할 수 있다. 액체 연료의 예로서, 가솔린, 개질(reformulated) 가솔린, 디젤, 제트연료, 선박용 연료, 바이오디젤과 같은 바이오 연료, 바이오에탄올과 같은 바이오 알코올류 등을 들 수 있다. 가솔린은 액체 연료를 자체적으로 구성할 수 있는 다음 성분들 가운데 하나 이상을 함유한다: 직류(straight-run) 제 품, 개질휘발유(reformate), 분해 가솔린, 고옥탄 스톡, 이성질체(isomerates), 중합 스톡, 알킬레이트 스톡, 하이드로 처리된 피드스톡(원료), 탈유황 피드스톡, 알코올 등.
한 실시태양에서, 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자 없이 액체 연료를 사용하여 얻는 배출량과 비교할 때 탄화수소 및/또는 일산화탄소 배출량을 약 10% 이상 감소시키기에 충분한 양으로, 하나 이상의 적절한 계면활성제로 코팅처리되지 않거나 코팅처리된 연료 첨가제 조성물 또는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 액체 연료에 첨가한다. 다른 실시태양에서, 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자 없이 액체 연료를 사용하여 얻는 배출량과 비교할 때 탄화수소 및/또는 일산화탄소 및/또는 질소 산화물 배출량을 약 25% 이상 감소시키기에 충분한 양으에, 하나 이상의 적절한 계면활성제로 코팅처리되지 않거나 코팅처리된 연료 첨가제 조성물 또는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 액체 연료에 첨가한다.
한 실시태양에서, 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 포함되어 있지 않을 때 엔진에 의해 소모된 액체 연료의 양과 비교하여 내연 엔진에 의해 소비된 액체 연료의 양을 5% 이상 감소시키기에 충분한 양으로, 하나 이상의 적절한 계면활성제로 코팅처리되지 않거나 코팅처리된 연료 첨가제 조성물 또는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 액체 연료에 첨가한다. 다른 실시태양에서, 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 포함되어 있지 않을 때 엔진에 의해 소모된 액체 연료의 양과 비교하여 내연 엔진에 의해 소비된 액체 연료의 양을 10% 이상 감소시 키기에 충분한 양으로, 하나 이상의 적절한 계면활성제로 코팅처리되지 않거나 코팅처리된 연료 첨가제 조성물 또는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 액체 연료에 첨가한다.
가솔린과 같은 연료의 품질은 옥탄에 의해 결정될 수 있다. 옥탄은 이소옥탄(2,2,4-트리메틸펜탄, 옥탄의 이성체) 및 n-헵탄 등의 혼합물과 비교하여 측정한다. 예를 들어, 87-옥탄 가솔린은 87 부피% 이소옥탄 및 13 부피% n-헵탄의 혼합물과 동일한 옥탄 비율을 갖는다. 낮은 옥탄 비율은 가솔린 엔진에서 바람직하지 않다. 세계적으로, 옥탄 비율의 가장 일반적인 형태는 리서치 옥탄가(Research Octane Number; RON)이다. RON은 통제된 조건에서 가변 압축비를 사용하여 특정 시험 엔진으로 연료를 통과시킨 다음 이 결과를 이소옥탄과 n-헵탄의 혼합물의 결과와 비교하여 결정된다. 이와 관련하여 RON은 ASTM D 2699에 제시된 절차를 사용하여 결정될 수 있는데 이것의 전체적인 내용은 본원에 참고문헌으로 포함된다. 옥탄 비율의 또 다른 유형은 모터옥탄가(MON)이라 부르는 것으로서, 일부 경우에서 이것은 연료가 부하 시 어떤 작용을 하는가에 대한 보다 나은 척도가 된다. MON 시험은 RON 시험에서 사용되는 것과 유사한 시험 엔진을 사용하지만 예열된 연료 혼합물, 보다 높은 엔진 속도 및 가변 발화 시간 등을 통해 연료의 녹(knock) 저항성을 보다 강조한다.
세탄가 또는 CN은 연료 품질의 척도인 압축 시 디젤 연료의 연소 품질의 척도가 된다. CN은 디젤 연료의 발화 지연, 즉 연료 주입 시작과 연소(발화) 시작 사이에 간격의 실질적인 척도이다.
한 실시태양에서, 액체 연료를 함유하는 연료 조성물 및 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자는, 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 없는 경우를 제외하고 동일한 성분을 갖는 연료 조성물의 RON, MON, 및/또는 CN에 비해 높은 RON, MON 및/또는 CN을 갖는다. 다른 실시태양에서, 액체 연료를 함유하는 연료 조성물 및 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자는, 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 없는 경우를 제외하고 동일한 성분을 갖는 연료 조성물의 RON, MON, 및/또는 CN에 비해 5% 미만 가량 높은 RON, MON 및/또는 CN을 가질 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 액체 연료를 함유하는 연료 조성물 및 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자는, 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 없는 경우를 제외하고 동일한 성분을 갖는 연료 조성물의 RON, MON, 및/또는 CN에 비해 10% 미만 가량 높은 RON, MON 및/또는 CN을 가질 수 있다.
연료 조성물은 연료주입 및 연료 비주입 엔진 모두에서 효과적으로 사용될 수 있다. 연료 조성물은 2스트로크(two-stroke) 엔진, 4스트로크 엔진 및 자동차 엔진, 오토바이 엔진, 제트엔진, 선박용 엔진, 트럭/버스 엔진 등과 같은 차량 엔진에서 효과적으로 사용될 수 있다. 연료 조성물은 오토 사이클(Otto-cycle) 엔진, 디젤 엔진, 회전식 엔진, 가스 터빈 엔진 등을 포함하여 내연 엔진의 형태로 효과적으로 사용될 수 있다. 연료 조성물은 간헐적 내연 엔진 또는 지속적 내연 엔진에서 효과적으로 사용될 수 있다.
연료 조성물은 연료실에 액체 연료 및 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 혼합물로서 공급할 수 있거나, 또는 액체 연료 및 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 연료실에 별도로 공급될 수 있다.
연료 조성물은 자동차 배기가스 배출량에서 탄화수소, 일산화탄소, 질소 산화물 및 산소분자 등의 비율을 저감시키도록 조절된다. 연료 조성물의 사용은 또한 연소 배기가스 배출량에서 이산화탄소의 비율을 바람직하게 증가시킬 수 있다. 따라서 연료 조성물은 내연 엔진에 연료를 공급하도록 사용될 때 효과적으로 작용하며 그 결과 배출물은 E.P.A.기준을 만족시키거나 그 이상이다. 연료 조성물은 또한 보다 효과적인 연소를 하도록 조절되어 연소 엔진의 내부실에서의 탄소 잔류물 침착을 감소시킨다.
본 발명에 따른 나노크기 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자를 사용함으로써, 연소를 개선시키고, 유해한 배기가스를 감소시키며, 연료의 촉매화학 산화반응을 증가시킬 수 있다.
하기 실시예는 본 발명을 예시한다. 하기 실시예 및 본 명세서와 청구항에서 달리 제시되지 않은 한, 모든 부분과 비율은 중량에 기초하며, 모든 온도 단위는 섭씨이며, 압력은 대기압 또는 이것에 근사한 것이다.
표 1은 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 없는 연료 및 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 갖는 연료를 사용하여 공전 시 그리고 2000rpm에서 세 가지 다른 엔진의 탄화수소 배출량(ppm)을 나타낸다. 기본 연료는 옥탄가 87을 갖는 일반적인 무연 가솔린이다. 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자는 약 50ppm의 농도로 존재하며 1~20nm의 크기를 갖는 아연 산화물 입자이다. 엔진 1은 2002년산 포드(Ford) F-150 가속 V-8이고, 엔진 2는 2000년산 도지 램(Dodge Ram) 가속 V-8이며, 엔진 3은 1999년산 아우디(Audi) A8 V-8이다. 탄화수소 배출량은 미관(tailpipe) 탐침을 갖는 5개 가스 분석기를 사용하여 측정된다.(에미션 시스템스(Emission Systems Inc.)가 제작한 모델 5002 배기가스 분석기)
엔진 공전(촉매 부재) 공전(촉매 존재) 2000rpm(촉매 부재) 2000rpm(촉매 존재)
1 10 3 8 1
2 69 6 8 2
3 4 1 8 2
도 1은 표 1에 보고된 배출량의 시각적 비교를 쉽게 하기 위한 탄화수소 판독값의 막대그래프이다. 도 1의 막대그래프에서, 첫 번째 막대(공전(촉매 부재))는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자 없는 연료를 사용하여 공전시 세 개의 엔진으로부터 탄화수소 배출량을 보여준다. 두 번째 막대(공전(촉매 존재))는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 갖는 연료를 사용하여 공전시 동일한 세 개의 엔진으로부터 탄화수소 배출량을 보여준다. 나머지 막대 두 개(2000rpm(촉매 부재) 및 2000rpm(촉매 존재))은 2000rpm(고속도로 주행의 일반적인 회전속도)의 엔진 회전으로 동일한 세 개의 엔진으로부터 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 사용하거나 사용하지 않았을 때의 탄화수소 배출량이다. 공전 및 주행 엔진 회전 속도의 경우, 탄화수소 배출량이 대체적으로 감소한다.
표 2는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 없는 연료 및 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 갖는 연료를 사용하여 공전시 그리고 2000rpm에서 두 가지 다른 엔진의 질소 산화물(NOx) 배출량(ppm)을 나타낸다. 기본 연료는 옥탄가 87을 갖는 일반적인 무연 가솔린이다. 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자는 약 50ppm의 농도로 존재하며 1~20nm의 크기를 갖는 아연 산화물 입자이다. 엔진 1은 2002년산 포드 F-150 가속 V-8이고, 엔진 3은 1999년산 아우디 A8 V-8이다. 질소 산화물 배출량은 미관 탐침을 갖는 5개 가스 분석기를 사용하여 측정된다.(에미션 시스템스가 제작한 모델 5002 배기가스 분석기)
엔진 공전(촉매 부재) 공전(촉매 존재) 2000rpm(촉매 부재) 2000rpm(촉매 존재)
1 10 1 207 31
3 3 0 37 2
표 3은 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 없는 연료 및 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 갖는 연료를 사용하여 공전시 그리고 2000rpm에서 세 가지 다른 엔진의 이산화탄소 배출량(ppm)을 나타낸다. 기본 연료는 옥탄가 87을 갖는 일반적인 무연 가솔린이다. 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자는 약 50ppm의 농도로 존재하며 1~20nm의 크기를 갖는 아연 산화물 입자이다. 엔진 1은 2002년산 포드 F-150 가속 V-8이고 엔진 2는 2000년산 도지 램 가속 V-8이다. 이산화탄소 배출량은 미관 탐침을 갖는 5개 가스 분석기를 사용하여 측정된다.(에미션 시스템스가 제작한 모델 5002 배기가스 분석기)
엔진 공전(촉매 부재) 공전(촉매 존재) 2000rpm(촉매 부재) 2000rpm(촉매 존재)
1 13.8 13.7 17.7 15
2 14.3 14.7 14.9 14.8
표 4는 다섯 가지 다른 연료 조성물에서의 옥탄 비율을 나타낸다. 하나는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자 첨가제가 없는 것이며 다른 네 개는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자 첨가제의 양이 각각 상이하다. 각각 다른 다섯 가지 연료 조성물은 첨가제가 유무에 관계없이 옥탄가 87을 갖는 머피(Murphy)의 미국산 일반 무연 연료를 함유한다. 첨가제는 각기 다른 양의 1~20nm의 아연 산화물 입자들을 함유한다. 옥탄가는 IR 스캐너를 사용하여 측정한다.(젤텍스(Zeltex Inc.)가 제작한 모델 ZX-101XL 휴대형 옥탄 및 연료 분석기)
연료 옥탄가 판독값
첨가제가 없을 경우 87.1
50ppm의 첨가제 87.8
100ppm의 첨가제 88.2
150ppm의 첨가제 88.6
200ppm의 첨가제 88.8
도 2는 표 4에 보고된 연료 비교의 시각적 변화를 쉽게 하기 위한 옥탄가 판독값의 막대그래프이다. 도 2의 막대그래프에서, 첫 번째 막대는 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자가 없는 연료 조성물에서의 옥탄가 판독값을 보여주며, 두 번째부터 다섯 번째 막대는 각기 다른 양의 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 갖는 연료 조성물을 보여준다. 각기 다른 양의 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자를 갖는 모든 연료 조성물은 나노크기 금속 및/또는 금속 산화물 입자 없는 연료 조성물에 비해 높은 옥탄가를 갖는다.
표 5는 촉매를 갖는 디젤 연료에서 NOx 배출량이 125ppm에서 58ppm으로 감소되었음을 보여준다. 각기 다른 두 가지 디젤 연료 조성물은 첨가제 유무에 관계 없이 필립스(Phillips)의 미국산 디젤 연료를 함유한다. 첨가제는 1~20nm의 아연 산화물 입자이다. 질소 산화물 배출량은 미관 탐침을 갖는 5개 가스 분석기를 사용하여 측정된다.(에미션 시스템스가 제작한 모델 5002 배기가스 분석기)
촉매 유무에 관계 없이 디젤을 사용한 NOx 저감 시험 결과
NOx (ppm)
엔진 속도 공전 2,000 rpm
1) 디젤(촉매 부재) 264 125
2) 디젤(촉매 존재) 257 58
이 데이터는 1) 공전 및 2) 2,000 rpm의 두 가지 엔진 속도로 얻은 여러 판독값을 평균해서 계산한 것이다. 표 5에 제시된 바와 같이, 두 가지 다른 연료 조성물이 사용되었다: 1) 디젤 연료만 사용 2) 디젤 연료 및 촉매를 사용.
이들 두 가지 연료는 최초 펌프 디젤 기준선으로 순차적으로 가동되었으며 이후 디젤/촉매로 시험하였다.
주어진 특성에 대한 그림 또는 수치 범위에 관련하여, 한 범위로부터의 하나의 그림 또는 하나의 파라미터는 수치 범위를 생성하기 위해 동일한 특성에 대해 다른 범위로부터의 또 다른 그림 또는 파라미터와 결합시킬 수 있다.
본 발명은 특정 실시예와 관련하여 설명된 것이나, 이것의 다양한 변형법들이 본 명세서를 보고 당업자에게 자명할 것이라고 이해될 것이다. 따라서 본원에 개시된 발명은 청부된 청구항의 범위 내에 드는 그러한 변형법들을 포함하는 것으로 의도된 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 여러 엔진들의 다양한 연료로부터 발생된 탄화수소 배출량을 예시하는 막대그래프.
도 2는 다양한 연료 조성물의 옥탄 비율을 예시하는 막대그래프.

Claims (25)

  1. 액체 연료; 및
    약 0.01ppm 내지 약 500ppm의 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합을 포함하며,
    나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합의 약 90 중량% 이상이 약 1nm 내지 약 990nm인 크기를 갖는 것인 연료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합이 약 50 m2/g 내지 약 1,000 m2/g의 표면적을 갖는 것인 연료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합의 약 90 중량% 이상이 약 1nm 내지 약 75nm의 크기를 갖는 것인 연료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합이 IIa족 금속, IIa족 금속 산화물, IIIa족 금속, IIIa족 금속 산화물, IVa족 금속, IVa족 금속 산화물, VIII족 금속, VIII족 금속 산화물, Ib족 금속, Ib족 금속 산화물, IIb족 금속, IIb족 금속 산화물, IIIb족 금속 및 IIIb족 금속 산 화물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합이 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 세륨, 티타늄, 지르코늄, 철, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 아연, 알루미늄, 이들의 혼합 금속 입자, 합금 금속 입자, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 바륨 산화물, 세륨 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 철 산화물, 루테늄 산화물, 오스뮴 산화물, 코발트 산화물, 로듐 산화물, 이리듐 산화물, 니켈 산화물, 팔라듐 산화물, 백금 산화물, 구리 산화물, 은 산화물, 금 산화물, 아연 산화물, 알루미늄 산화물, 이들의 혼합 금속 산화물 입자, 및 이들의 혼합 금속-금속 산화물 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 연료 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 약 0.01ppm 내지 약 500ppm의 실질적으로 구형인 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합을 포함하는 연료 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 약 0.001 중량% 내지 약 0.5 중량%의 계면활성제를 추가로 포함하는 연료 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 동일한 액체 연료를 포함하되 나노크기 금속 및 나노크기 금속 산화물 입자는 포함하지 않는 제2의 연료 조성물의 RON, MON, 및/또는 CN보다 높은 RON, MON, 및/또는 CN을 갖는 연료 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 액체 연료가 가솔린, 개질(reformulated) 가솔린, 함산소(oxygenated) 가솔린, 디젤, 제트연료, 선박용 연료, 바이오디젤, 바이오알코올, 알코올 및 등유로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료 조성물.
  10. 액체 연료 및 약 0.01 내지 약 500ppm의 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합을 포함하며, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합의 약 90 중량% 이상이 약 1nm 내지 약 990nm의 크기를 갖는 것인 연료 조성물을 내연 엔진에 제공하는 것을 포함하는 연소 개선 방법.
  11. 제10항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합이 약 50 m2/g 내지 약 1,000 m2/g의 표면적을 갖는 것인 방법.
  12. 제10항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합이 약 100 m2/g 내지 약 750 m2/g의 표면적을 갖는 것인 방법.
  13. 제10항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합의 약 90 중량% 이상이 약 2nm 내지 약 250nm의 크기를 갖는 것인 방법.
  14. 제10항에 있어서, 내연 엔진이 오토 사이클(Otto-cycle) 엔진, 디젤 엔진, 회전식 엔진 및 가스 터빈 엔진 중 한 가지 유형인 것인 방법.
  15. 제10항에 있어서, 연소 개선이
    동일한 액체 연료를 포함하되 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합은 포함하지 않는 제2의 연료 조성물에 비해 출력을 증가시키는 것;
    연소를 촉매하는 것; 및
    연소가 발생하는 표면적을 증가시키는 것
    중 하나 이상을 포함하는 것인 방법.
  16. 액체 연료 및 약 0.01ppm 내지 약 500ppm의 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합을 포함하며, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합의 약 90 중량% 이상이 약 1nm 내지 약 990nm의 크기를 갖는 것인 연료 조성물을 제공하는 것을 포함하는, 연료 조성물의 촉매화학 산화반응을 증가시키는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 연료 조성물의 혼합, 휘젓기, 블렌딩, 진탕 및 초음파처리 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합 및 운반체를 포함하는 연료 첨가제 조성물을 액체 연료와 결합시킴으로써, 상기 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합을 액체 연료와 결합시키는 것인 방법.
  19. 제16항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합이 IIa족 금속, IIa족 금속 산화물, IIIa족 금속, IIIa족 금속 산화물, IVa족 금속, IVa족 금속 산화물, VIII족 금속, VIII족 금속 산화물, Ib족 금속, Ib족 금속 산화물, IIb족 금속, IIb족 금속 산화물, IIIb족 금속 및 IIIb족 금속 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 방법.
  20. 제16항에 있어서, 연료 조성물에 계면활성제를 제공하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  21. 액체 연료에 약 0.01ppm 내지 약 500ppm의 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합을 부유시키는 것을 포함하며,
    나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합의 약 90 중량% 이상이 약 1nm 내지 약 990nm의 크기를 갖는 것인, 연료 조성물을 제조하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합이 계면활성제로 프리코팅된 것인 방법.
  23. 제22항에 있어서, 프리코팅 처리된 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합이 나노크기 금속 입자 또는 나노크기 금속 산화물 입자 또는 이들의 조합을 용제에 용해된 계면활성제와 혼합한 후 건조시킴으로써 제조된 것인 방법.
  24. 제23항에 있어서, 혼합이 휘젓기, 블렌딩, 진탕, 초음파처리 또는 교반을 포함하는 것인 방법.
  25. 제23항에 있어서, 건조가 오븐 건조, 진공 건조, 또는 분무 건조를 포함하는 것인 방법.
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