한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 하정명 박사팀은 폐목재로부터 바이오항공유(Bio-jet fuel) 대량 생산이 가능한 핵심 기술을 개발했습니다. 해당 연구는 <Energy Conversion and Management>에 게재됐습니다.
끈적했던 리그닌, 점도 낮춰 바이오항공유로
그동안 높은 점도 때문에 석유 대체 연료로 전환하기 어려웠던 폐목재 유래 오일로부터 항공유급 연료를 생산할 수 있게 됐습니다. 2027년으로 예정된 항공유 온실가스 감축 규제에 대응하는 대체 연료 기술을 확보할 수 있을 것으로 기대됩니다. 참고로 ICAO(국제항공기구)는 항공 산업에서 발생하는 온실가스를 감축하기 위해 2027년부터 규제를 시행하려고 하고있습니다.
목재, 풀과 같은 식물체의 20~40%를 차지하는 성분인 리그닌은, 펄프를 생산하는 제지 공정에서 폐기물로 대량 배출됩니다. 이 리그닌을 열분해하면 오일을 생산할 수 있는데 끈적한 점성 때문에 산업적으로 활용하기 어렵다고 합니다. 이러한 이유로 제지 공장에서는 리그닌 폐기물을 고품질 연료나 화학제품의 원료로 사용하기보다 낮은 품질의 보일러 연료 등으로 활용하고 있는 실정입니다.
KIST 하정명 박사팀은 리그닌 오일의 점도를 낮추기 위해 '수첨 분해'를 활용해 수첨 분해 리그닌 오일을 제조합니다. 참고로 수첨분해는 석유화학산업, 정유산업 등에서 연료로 사용하기 어려운 중질유를 분해하기 위해 사용하는 기술을 말합니다.
제조된 오일을 기존의 끈적한 리그닌 오일과 7:3 비율로 혼합하여 점도를 1/7수준(750cp에서 110cp로 감소, ex) 물 1cp, 식용유 80cp)으로 현저히 감소시켜 산업용으로 사용할 수 있게 됐습니다.
이렇게 제조된 혼합 오일은 '수첨 분해'에 다시 활용해 연속 공정에 의한 석유 대체 연료 대량 생산이 가능하게 됐습니다. 또한, 최종 생산된 연료는 항공유처럼 휘발유나 경유에 비해 어는점이 낮고 에너지 밀도가 높아서 바이오항공유로 활용하기 적합합니다.
본 연구를 주도한 KIST 하정명 박사는 "디지털 혁명에도 불구하고 전 세계적인 택배 물량 급증으로 종이 상자의 수요가 늘어나면서 종이의 생산량은 여전히 줄어들지 않고 있다"며 "기존의 화학 반응 방법으로는 제지 공장에서 대량 발생하는 리그닌 폐기물을 고부가가치 연료로 활용하기 어려웠는데 이번 성과로 인해 폐기물로 취급되는 리그닌으로부터 항공유를 대량 생산할 수 있게 됐다"고 전했습니다. 이어 "이로 인해 2027년부터 엄격히 시행될 항공유 온실가스 감축 규제에 우리나라의 적극적인 대응이 가능할 것"이라고 말했습니다.
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