Power, Energy
생물량(biomass)를 휘발유로 업그레이드하기
장종엽엔에스
2010. 1. 20. 17:10
KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-08 | ||||||
농장과 제지 산업으로부터 나오는 식물성 물질 폐기물들과 생분해성 가정 쓰레기와 같은 다량의 생물량이 매년 만들어진다. 이들 혼합물들은 가열되어 ‘바이오-오일(bio-oil)’로 알려진 진득진득한 액체를 생산할 수 있는데, 이것은 사용될 수 있기 전에 더 많은 정제과정을 필요로 한다. 바이오-오일은 주로 셀룰로오스(cellulose)와 리그닌(lignin)에서 유래한 화합물들로 이루어지는데, 연료로서 적합하게 하기 위해서는, 산소를 제거하고 거의 같은 크기로 전환시킬 필요가 있다. 그러나 이들 반응들을 수행하는 것은 그 기름 안에 자연적으로 많은 양의 물이 존재하기 때문에 어렵다. 이것은 전형적으로 작은 분자들은 수상(water phase)에 녹아있고, 긴 분자들은 유상(oil phase)에 녹아 있는 유화액(emulsion)을 만들게 된다. 오클라호마대학교(University of Oklahoma)의 Daniel Resasco가 이끈 여구진이 물과 기름이 만나는 경계를 찾아서 동시에 두 층에서 반응을 가능하게 해주는 촉매를 가지고 이 문제를 풀어냈다. 그 촉매는 마그네슘 산화물 나노입자들과 그들 사이에서 자란 탄소 나노튜브로 만들어졌다. 그 금속 산화물 나노입자들은 친수성이어서 그 촉매를 물쪽으로 향하게 하는데 반해, 나노튜브는 소수성이어서 기름쪽을 향하게 한다고 Resasco는 설명했다. 물쪽에서, 탄소-탄소 결합의 형성을 촉진시켜 탄소 고리들의 길이를 증가시키는축합 촉매를 부가시킬 수 있으며, 결정적으로 일단 그 고리가 충분히 길어지면 물에서의 용해도가 작아져서 유상으로 옮겨가게 된다고 그는 덧붙였다. 팔라듐 나노입자들(palladium nanoparticles)이 또한 그 구조에 통합되어 유상의 혼합된 탄화수소들이 전통적인 연료들과 호환될 수 있도록 만들어줄 탈산소 반응을 할 수 있도록 해준다. 중요한 점은, 그 촉매가 고체상에 머물러 쉽게 여과되고 재사용할 수 있다는 것이다. 미국의 아이오와주립대학교(Iowa State University)의 생물연료 전문가인 Robert Brown은 그 연구가 생물량으로부터 탄화수소 연료를 생산하는 목표를 향한 중대한 진보라고 생각한다고 말했다. 그러나, 그는 그 연구가 여전히 초기 단계에 있음을 지적했다. 일단 촉매를 실제 바이오-오일에 넣기 시작하면, 모든 것이 원점으로 돌아가게 되는데, 오염물질들이 그 촉매에 나쁜 영향을 주거나, 그 구멍들을 막아 버릴지도 모르며, 그래서 아직 할 일 많이 남아있다고 그는 말했다. 그러나, Brown은 이 과정이 미래 개발과정에 비결이 될 것이라고 확신했다. 바이오-오일은 미래 연료 생산을 위해 매우 주목하지 않을 수 없는 사례이며, 최근에 바이오-오일에서합성 휘발유를 얻는 경로가 생각해 볼 수 있는 가장 비용-효율적인 경로들 중의 하나로 제시해주는 경제 분석을 수행했다고 말했다. 그 촉매의 비상한 기능성은 또한 다른 화학물질들의 생산에서도 그 응용가능성을 찾을 수 있을 지도 모른다고 영국 세인트앤드류대학교(University of St. Andrews)의 David Cole-Hamilton이 말했다. 반응과 분리를 반복하는 순환 대신에, 화합물들이 연속적인 반응 이후에 수상과 유상 사이를 전환할 수 있다. [그림] 탄소 나노튜브(흰색)이 금속 산화물 나노입자들(주황색)에서 자란다. 그 입자들은 기름-물 경계면에 놓이게 되고, 팔라듐(palladium, 노란색)을 첨가하면 양쪽 상에서 작용할 수 있는 촉매를 만든다.
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