음식물 쓰레기로 산업원료 '에틸렌' 만든다

- KIST, 메탄가스로 에틸렌 생산하는 공정기술 개발

음식물 쓰레기, 하수 슬러지로부터 플라스틱, 화학소재 생산 모식도.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 골칫덩어리 음식물쓰레기를 온실가스 배출없이 에너지원으로 만들 수 있는 원천기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터 하정명 박사 연구팀이 바이오가스에 포함된 메탄가스로 에틸렌을 생산하면서 독성 물질인 황화수소는 제거하는 공정기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

음식물 쓰레기, 가축 분뇨, 하수 슬러지 등으로 미생물을 이용해 생산하는 2020년 기준 국내 110개 시설에서 음식물 쓰레기, 하수 슬러지 등으로부터 매년 3.6억m3이 생산되고 있다.

바이오가스는 다량의 메탄가스를 포함하고 있어 발전, 난방, 도시가스 혼합 등의 저가 에너지 용도로 사용되고 있다. 그런데 메탄가스는 화학 반응을 통해 산업의 기초 원료인 에틸렌으로 전환하면 더 큰 부가가치를 창출할 수 있다. 이러한 에틸렌 생산 방식은 석유를 사용하지 않아 온실가스를 줄일 수 있다.

연구진은 먼저 촉매를 사용해 바이오가스로부터 에틸렌을 생산하는 공정 기술을 지난해 개발했다. 바이오가스에는 유용하게 사용할 수 있는 메탄가스 외에도 황화수소가 다량 포함돼 있는데, 황화수소는 정제 과정에서 제거가 어려운 불순물이며 에틸렌 생산과정에서도 촉매 반응을 방해하는 독성 물질이다. 개발된 기술은 생산과정에서 황화수소를 산화시켜 제거함으로써 에틸렌이 원활하게 생산되도록 했다.

이어 바이오가스뿐만 아니라 메탄에서 에틸렌을 생산하는 공정에서 황화수소에 대한 저항력이 높고, 반응 활성이 향상된 촉매 또한 개발했다. 이 촉매는 황화수소에 대한 저항력이 높아 바이오가스 내 황화수소 제거공정이 필요없으며, 반응 활성이 향상돼 운전온도를 800℃에서 700℃로 100℃낮춰 운전에 필요한 에너지를 줄일 수 있게 되었다. 이러한 반응을 통해 황화수소가 포함된 바이오가스에서도 에틸렌을 직접 생산할 수 있게 됐다.

저온 에틸렌 생산 촉매 모식도.[KIST 제공]

하정명 박사는 “국내에서는 이미 바이오가스가 대량으로 생산되고 있는데, 바이오가스를 단순히 난방용으로 사용하기보다 화학산업의 원료로 사용한다면 바이오가스 생산 업체는 더 큰 시장을 갖게 되고, 탄소중립을 위해 분투하고 있는 국내 화학 기업들에게는 온실가스 배출 없는 새로운 원료를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 촉매분야 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 엔비로멘털’과 에너지분야 국제학술지 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치’에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com