This study aimed to recycle the spent coffee ground, which is an underutilized municipal waste although it has a high lipid content. Wet spent coffee ground was used to make the biodiesel without energy-intensive drying process and use of an external catalyst by in-situ transesterification and solvo-thermal effect of 1,2-dichloroethane. Response surface methodology was applied to demonstrate the optimal condition and effects of process variables such as water content, reaction temperature on the biodiesel yield were investigated. A trade-off between water inhibition and hydrolysis of chlorine-containing co-solvent was found and 11.8wt.% fatty acid alkyl ester based on the dry mass of spent coffee ground was yielded at the optimal ($196.8^\cir C$, 3.36 mL EtOH/g dried SCG, 3.16ml DCE/g dried SCG). Solvo-thermal in-situ transesterification leaded the physical and chemical change of spent coffee ground to a favorable structure for extraction and conversion by disrupting particles, increasing surface area to volume ratio due to the size reduction and decomposing cellulose.
본 연구는 지질함유량이 높지만, 산업적으로 활용되지 못하고 대부분 매립을 통해 버려지는 폐커피원두로부터 재생에너지인 바이오디젤을 경제적으로 생산하고자 인시츄 에스터 공정에 1,2-디클로로에탄의 용매열 효과를 도입하였다. 이는 에너지 소모가 큰 사전 건조 공정을 생략하고 지질 추출과 전환을 한 공정으로 통합함으로써 공정 비용을 줄일 수 있고 별도의 외부 촉매 없이 반응을 진행시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 반응 표면 분석법을 통해 실험 변수들을 최적화하였으며, 바이오디젤 수율에 대한 변수들의 영향을 분석하였다. 이를 통해 얻어진 최적조건($196.8^\cir C$, 3.36 mL EtOH/g dried SCG, 3.16ml DCE/g dried SCG)에서 용매열-인시츄 반응을 진행하였으며, 최종적으로 폐커피원두 건조 중량 대비 약 11.8%의 바이오디젤을 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 또한, 용매열-인시츄 반응을 통해 폐커피원두 표면에서 파열이 관측되었으며, 평균 입도 크기의 감소로 인한 표면적/체적 비율의 증가 및 셀룰로오스 결정화도 감소 등 지질의 추출과 전환에 유리한 구조로 물리/화학적 변화가 일어나는 것을 확인하였다.
