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Clean Technology, Vol.17, No.3, 215-224, September, 2011
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근적외선 분광학과 화학계량학에 기반한 청정 바이오연료 실시간 품질 측정 기술 개발
Development of an On-line Measurement Method for Clean Biofuel Based on Near Infrared Spectroscopy and Chemometrics
조형수, 류준형1, 유준†
  • 부경대학교 화학공학과, 608-739 부산광역시 남구 용당동 산 100
  • 1동국대학교 원자력 및 에너지 공학부, 780-714 경북 경주시 석장동 707
Hyeongsu Cho, Jun-hyung Ryu1, and J. Jay Liu†
  • Department of Chemical Engineering, Pukyong National University, San 100, Yongdong-Dong, Nam-Gu, Busan 608-739, Korea
  • 1Department of Nuclear and Energy System Engineering, Dongguk University, 707 Seokjang-Dong, Gyeongju, Gyeongbuk 780-714, Korea
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초록
화석연료 사용에 따른 기후 변화 문제 및 자원 고갈에 대한 염려 때문에 바이오 연료는 그 중에서 가장 바람직한 재생에너지 대안이다. 하지만 대량 생산을 할 수 있는 경제성확보가 없으면 바람직하고 현실적인 대안이라 할 수 없다. 실시간 품질측정 시스템 개발은 바이오연료의 대량생산을 위하여 반드시 필요하다. 바이오연료 중 바이오에탄올은 ASTM (American Society for Testing & Materials) D4806-10과 같은 품질 규격을 따르며 이에 명시된 평가방법을 대량 생산에 적용하려면 여러 어려움이 뒤따른다. 따라서 본 연구에서는 바이오에탄올 제품 품질 분석의 저가격화와 시간단축 및 생산 공정의 모니터링 실시간화를 해결하기 위해 근적외선 분광분석법과 화학계량학의 부분최소자승법(Partial Least Squares)을 융합한 실시간 분광 모니터링 시스템을 새롭게 제안하였다. 수종의 전처리와 부분최소자승법을 이용하여 모델링한 결과 스펙트럼의 산란 보정, 노이즈 감소, 검량선의 유지보수 등에서 Savitzky-Golay 전처리가 가장 우수함을 보였다. 본 연구를 통해 실시간으로 품질 측정뿐만 아니라 분광분석 장치로 여러 성분을 동시에 측정 가능함을 보임으로서 비용의 절감도 가능할 것으로 예상된다. 그리고 상관계수 R2이 0.99 이상으로 실험실분석의 대체도 가능함을 보였다.
It is an important issue to develop quality assessing system for biofuel for the purpose of accelerating the mass production of biofuel. It is particularly challenging to conduct testing method in the mass production of bioethanol while meeting quality specifications such as ASTM (American Society for Testing & Materials) D4806-10. In order to address this challenge, this paper proposes on-line spectroscopic quality assesment system based on Near Infrared spectrum and Partial Least Squares method in Chemometrics. As a result of testing a number of preprocessing methods and Partial Least Squares, it was found out that Savitzky-Golay method showed the best performance in terms of spectrum correction, noise reduction, and model maintenance. The proposed system allows us to assess multiple quality components continuously using spectroscopic facilities with the cheap cost. Since the value of R2 is more than 0.99, it is possible to replace the laboratory analysis.
Keywords:Bioethanol;Mass production;On-line quality assessment;Partial least square method;Savitzky-golay method
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