다이셀, 2030년 상용화 목표 … 미쉐린, 바이오 에탄올을 원료로

부타디엔(Butadiene)은 2030년경 바이오화가 가능할 것으로 예상된다.
일본 다이셀(Daicel)은 바이오 부타디엔 상용화를 위해 바이오 디젤 생산 중 부산물로 발생하는 폐 글리세롤(Glycerol)을 출발원료로 활용하는 방식을 주목하고 있으며, 미쉐린(Michelin)은 삼림·농업 잔사 베이스 바이오 에탄올(Ethanol)로부터 부타디엔을 생산하는 바이오 실증 플랜트 가동에 착수한 것으로 알려졌다.
다이셀은 2010년대부터 바이오 C4 화학제품 상용화를 목표로 지토세연구소(Chitose Laboratory)와 공동 연구 프로젝트를 진행하고 있으며, 촉매 개발은 도호쿠(Tohoku)대학 등 다양한 학술기관과 협력관계를 구축하고 있다.
현재 미생물 발효를 활용해 에리스리톨(Erythritol)로 변환한 후 수소화 촉매로 C4 화학제품을 합성하고 있으며 앞으로 바이오 부타디엔 뿐만 아니라 정교한 구조제어를 요하는 THF(Tetrahydrofuran), 바이오 부탄올(Butanol) 등을 선택적으로 제조하는 일관 프로세스를 확립할 계획이다.
그동안 트리클 베드 반응기에서 부타디엔 연속합성을 진행했고 다운스트림 공정으로 BR(Butadiene Rubber) 중합까지 실시한 것으로 알려졌다.
상용화 후 고무 생산기업들에게 원료용으로 상업 판매하거나 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 원료로 자체 이용하며 지환식 에폭시(Epoxy) 화합물 원료 혹은 PBT(Polybutylene Terephthalate), 우레탄(Urethane) 원료용 BDO(Butandiol)로 활용하는 방안을 검토하고 있다.
부타디엔은 NCC(Naphtha Cracking Center)에서 생산되며 40%가 타이어용 합성고무의 원료로 투입되는데 주요 타이어 생산기업들이 최근 탄소중립 트렌드에 맞추어 다양한 지속가능한 사회 실현을 위한 프로젝트를 진행하면서 바이오화 요구가 강화되고 있다.
금호타이어는 NdBR(Ultra High-cis Polybutadiene Rubber)을 활용한 지속가능 타이어 개발에 착수했으며, 미국 굿이어(The Goodyear Tire & Rubber)와 일본 브리지스톤(Bridgestone) 등이 CR(Chemical Recycle) 기술 등을 활용해 타이어산업의 지속가능화에 박차를 가하고 있다.
그러나 일본, 한국, 타이완 등은 NCC 노후화가 심각하고 석유화학 수요 감소가 확실시됨에 따라 수년 사이 스팀 크래커 가동중단이 잇달을 것으로 예상되는 반면, 미국과 중국이 주력 투자하고 있는 ECC(Ethane Cracking Center)는 C4 포함 중질유분이 부생되지 않기 때문에 세계적으로 부타디엔을 포함해 C4 수급 불안이 심화될 것으로 우려되고 있다.
다만, 기존에 상용화된 바이오 화학제품은 대부분 C3계이고 바이오 부타디엔은 이태리 베르살리스(Versalis) 등 소수만이 상용화에 성공할 만큼 기술난도가 높은 것으로 평가된다.
다이셀은 수급 상황 뿐만 아니라 기술 면에서도 중장기적으로 C4 공급난이 가중될 것으로 예상하고 부타디엔을 포함한 바이오 C4 개발을 서두르고 있으며 2025년 완공을 목표로 아보시(Aboshi)에 파일럿 플랜트를 건설할 방침이다.
미쉐린은 프랑스 Axens, IFPEN(IFP Energies Nouvelles)과 공동으로 추진하는 BioButterfly 프로젝트를 통해 프랑스 보르도(Bordeaux) 근교에 삼림·농업 잔사 베이스 바이오 에탄올을 원료로 부타디엔을 생산하는 실증 설비를 건설했다.
생산능력은 20-30톤 수준으로 IFPEN이 개발한 프로세스를 적용했으며 그램 단위 랩 스케일, 수백그램 단위의 파일럿 스케일을 거쳐 상업생산으로 발전시키기 위해 기술적·경제적인 실현 가능성을 검증하고 있다.
실증 결과가 양호하면 최종적으로 Axens가 10만톤 플랜트에서 공급할 예정이며, 미쉐린은 바이오 부타디엔 기술을 활용해 세계 각지에 생산기지를 건설할 예정인 것으로 알려졌다.
3사는 BioButterfly 프로젝트에 프랑스 환경·에너지국(ADEME) 보조금 1470만유로(약 210억원)를 포함해 8000만유로(약 1144억원) 이상을 투입한 것으로 알려졌다.
타이어용 소재를 생산하는 화학기업들도 타이어 보강재로 사용하는 카본블랙(Carbon Black), 실리카(Silica) 등을 재생가능 원료 베이스로 전환하고 있으며 매스밸런스 방식을 도입하는 곳도 눈에 띄고 있다.
이데미츠코산(Idemitsu Kosan)은 바이오매스 베이스 나프타(Naphtha)로 SM(Styrene Monomer)을 생산해 금호석유화학에게 SSBR(Solution Styrene Butadiene Rubber) 원료용으로 공급할 계획이며, 앞으로 SM 단계부터 바이오화를 시도하는 화학기업이 증가할 것으로 예상된다. (강윤화 책임기자)