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촉매공정에 의한 목질 바이오매스의 연료 전환: 공정개발과 기술경제성 검토

전문가 제언: ○ 레불린산(LA; Levulic acid)은 목질 셀룰로오스 재료로부터 생산할 수 있으며, 액체 연료, 연료 첨가제, 및 특수 화학제품으로 전환할 수 있는 기반화학물질로 확인되었다. 전환이 가능케 된 것은 최근의 비균질 촉매반응 때문이다. 이글은 새로운 화학과 촉매를 적용하여 목질 셀룰로오스를 액체 탄화수소 연료로 전환하는 LA 기반 바이오연료 공정개발과 설계구상에 대한 것이다.

○ 이 공정은 바이오매스를 LA로 전환한 다음 LA를 GVL로, GVL을 부텐으로, 부텐을 올리고머로 전환하는 공정을 통합한 것이다. 제안한 각 공정은 문헌에 보고된 실험 결과를 이용하고 ASPEN PLUS 소프트웨어를 활용하여 설계한 것이다. 6종의 원료에 대하여 생산원가와 최소판매가격을 계산하였으며, 민감도 분석, 에너지 수율, 공장 규모에 따른 바이오매스 수송비 등 여러 측면에서 기술경제성을 검토하였다.

○ 목질셀룰로오스를 제2바이오연료로 전환하는 연구는 주로 발효공정을 이용하여 바이오에탄올을 생산하는 연구에 집중되고 있다. 본 연구처럼 촉매반응을 이용하여 액체 탄화수소연료를 생산하는 통합공정 연구는 아주 새로운 접근이다. 비록 매우 초기 설계단계이고 개선의 필요성이 있지만, 경제적으로 경쟁력이 있는 것으로 보인다. 특히 미송을 바이오매스로 이용하는 경우에는 경제성(최소판매가격)이 미국국립재생가능에너지연구소(NREL)의 옥수수의 에탄올 전환 연구에서 보고한 경제성보다 좋다는 점은 주목할 만하다.

○ 한국화학연구원 바이오리파이너리 연구센터에서는 바이오매스 유래 LA의 선택적 수첨 고리화 반응 촉매 개발(GVL 선택성 > 98%)을 목표로 연구를 수행하였으며, 고효율 바이오부탄올 생산용수소화 촉매 기술 개발을 완료하였다. 우리나라에서는 목질 셀룰로오스를 이용하는 바이오연료 개발연구가 다양하게 추진되고 있지만 주로 발효법과 열화학적 방법을 경유하는 연구이다. 통합적 촉매공정에 대한 연구도 검토할 가치가 있다고 본다.

저자: S. Murat Sen, Carlos A.Henao, Drew J. Braden, James A. Dumesic, Christos T. Maravelias
자료유형: 학술정보