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초(아)임계수 기술에 의한 셀룰로오스계통 바이오매스의 변환

전문가 제언: ○ 초임계유체는 임계온도와 임계압력을 넘는 고밀도의 비-응축성 유체를 말한다. 물의 임계온도는 섭씨 374도이고 임계압력은 22.1MPa이다. 초임계유체는 액체와 기체의 양쪽 성질을 모두 가지고 있다. 밀도는 액체의 1/10 - 1/2 정도이지만 기체에 비해서는 수백 배 크다. 또한 점성률이 기체보다 낮고 자기확산계수는 기체와 액체의 중간 정도이다. 즉, 초임계유체는 기체분자 정도의 큰 운동에너지를 가지고 있으면서 액체와 비슷한 수준의 높은 밀도를 가지는 대단히 활성화된 유체라고 할 수 있다.

○ 초임계유체는 온도와 압력을 제어함으로써 밀도와 용해도 등의 거시적 물성과 유체분자의 용매화 구조 등과 같은 미시적 물성을 제어할 수 있다. 초임계수는 이러한 초임계유체의 특성에다 유전율과 이온 곱(ion product)의 반응에 영향을 주는 용매의 물성을 쉽게 제어할 수 있다. 실온의 대기압에서 액체상태 물의 유전율은 약 80으로서 유전율이 낮은 탄화수소(예를 들면 유전율 2.3인 벤젠)가 용해되지 않지만 초임계수는 2~10 정도로 낮은 유기용매가 되기 때문에 벤젠과 같은 유전율이 낮은 유기물도 용해될 수 있다.

○ 미국에서는 수소가 풍부히 함유된 기체를 생산할 수 있는 기술로서 짧은 체류시간의 등온 연속 유동조건의 마이크로채널(micro-channel) 반응기와 초임계수를 이용하여 수용성 바이오매스 성분을 가스화하는 기술을 개발하였다. 이 기술은 특정한 셀룰로오스 에탄올 생산시스템에서 수소를 동시에 생산할 수 있는 잠재성을 가지고 있다.

○ 셀룰로오스 에탄올 생산방법 중의 하나는 효소촉매를 이용하여 에탄올 생산에서의 발효에 사용되는 글루코오스 생산을 위해 리그노셀룰로오스계통의 바이오매스를 가수분해하여 이용하는 것이다. 이 공정에서는 헤미셀룰로오스나 리그닌이 풍부한 증기를 부산물로 만들 수 있다. 초임계수의 반응성을 이용하면 기존에 환경문제를 발생시키던 유기용매를 대체할 수 있고 또한 연속공정 개발을 통해 바이오연료 생산 공정의 설계나 제조기술 등 전반적인 기술의 향상과 생산성 향상을 기대할 수 있을 것이다.

저자: Shiro Saka
자료유형: 학술정보