석유 대체 탄소중립 연료, 폐목재로 만든다

목재 폐기물들이 쌓여있다. 게티이미지뱅크

목재 폐기물에서 나온 오일을 탄소중립 연료로 재탄생시키는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 제정호 부산대 교수 연구팀이 목재 폐기물의 주된 구성 성분인 리그닌에 열분해 및 수첨탈산소 업그레이딩 연속 공정을 적용해 항공연료 및 선박유로 직접 사용이 가능한 ‘드롭인 연료’를 생산하는 데 성공했다고 1일 밝혔다. 

리그닌은 산소-탄소 결합을 통해 형성된 천연 방향족 고분자다. 화학적 구조를 적절히 분해 및 변환하면 현재 석유계 연료로 사용 중인 방향족 및 나프텐족 탄화수소로 전환이 가능해 탄소중립 원료로 많은 각광을 받고 있다.

기존 연구는 실제 리그닌 오일이 아닌 모델 분자를 사용하거나 단위 공정별로 1회씩 진행되는 회분식 반응기에서 진행됐기 때문에 복잡한 성분을 가진 리그닌의 특성을 반영하기 어려웠다. 
  
연구팀은 다양한 연구진과의 협업을 통해 회분식 반응기를 사용했던 기존의 반연속식 연구 방식에서 벗어났다. 고압 트리클 베드 반응기에서 연속적으로 수첨탈산소 반응을 진행해 리그닌을 탄화수소 연료로 전환하는 공정을 개발했다.
      
이를 위해 원료 전처리, 촉매 조성, 공간 속도, 온도 등 리그닌의 다양한 공정 조건을 스크리닝해 최적의 물성을 위한 조건을 선별했다. 이 조건에 리그닌 열분해 및 수첨탈산소 업그레이딩 연속 공정을 적용해 실제 석유계 연료와 유사한 물성의 항공유급 방향족 탄화수소를 직접적으로 생산하는 데 성공했다.

모의 증류 결과 항공유는 60%, 디젤유는 40%까지 사용 가능했다. 발열량 또한 1kg당 1만kcal 이상으로 나타나면서 기존 석유계 연료에 근접한 것으로 확인됐다.

연구를 이끈 제정호 교수는 “현재 기술의 상용화를 위해 장시간 연속 운전이 가능하도록 공정 안정성을 향상시키는 연구를 진행 중이다”라며 “버려지는 폐자원인 리그닌으로부터 항공유, 선박유를 생산함으로써 보다 지속가능한 탄소중립 연료 보급이 가능할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘케미칼 언제니어링 저널’에 1일 게재됐다.

리그닌의 열분해 및 수첨 업그레이딩을 통한 드롭인 바이오연료 생산 공정 모식도.

[박정연 기자 hesse@donga.com]