셀룰로오스 바이오연료 공업화 주목
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일본, 황산법보다 코스트 20% 감축 … 환경ㆍ에너지 문제 불식시켜 환경ㆍ에너지 문제가 부각되고 있는 황산촉매 대신 천연유기물로 합성된 카본계 촉매를 이용한 셀룰로오스(Cellulose)계 바이오연료의 공업화가 주목되고 있다.도쿄공업대학은 황산법보다 코스트를 20% 절감할 수 있으며 셀룰로오스의 당화 속도를 2배 높인 바이오연료 제조기술을 개발했다. 식량문제가 대두되면서 옥수수와 소맥 유래 바이오연료 활성화가 난관에 부딪히고 있는 가운데 고효율화가 어려운 차세대 효소계 프로세스를 대신해 고체산 촉매법에 대한 실용화가 기대되고 있다. 도쿄공업대학은 환경과 에너지 문제가 고조되면서 황산촉매를 대체하는 고체산촉매 개발에 착수해 천연 소재 기반의 카본 골격에 설폰기를 도입한 신촉매를 개발해 세계적으로 높은 평가를 받아왔는데, 고체산촉매에 의한 에스테르화 반응을 이용해 고효율 셀룰로오스 당화법을 개발한 것이다. 수중에서 고체산촉매와 셀룰로오스를 접촉시켜 고체산의 산으로 셀룰로오스를 당화하는 것으로 반응 후 당수용액과 고체산 촉매를 간단히 분리할 수 있는 특징을 보유하고 있다. 또 고체산촉매를 회수해 반복적으로 반응에 사용할 수 있어 최소한의 에너지 소비로 셀룰로오스를 당화할 수 있다. 물, 셀룰로오스, 카본계 고체산 촉매를 반응기에 넣어 100℃에서 3시간 반응시킴으로써 셀룰로오스는 육안으로 관찰할 수 없는 투명한 수용액으로 전환된다. 셀룰로오스가 고체산 촉매에 의해 황산의 2배 속도로 단당과 수용성 올리고당으로 가수분해되는 것이다. 당수용액과 고체산 촉매는 간단히 분리할 수 있고, 회수된 촉매를 반복해서 반응시켜도 촉매성능의 열화가 나타나지 않았다. 이에 따라 카본계 고체산촉매는 진한 황산보다 에너지 사용량을 감소시키고 동시에 셀룰로오스의 고효율 당화를 연속적으로 추진하는 것으로 확인됐다. 진한 황산을 촉매로 이용하는 황산법은 천연 셀룰로오스를 재빨리 당화할 수 있어 대형 플랜트가 상업가동되고 있지만, 반응 후의 당과 진한 황산 분리, 반응 후 농도가 옅어진 황산을 농축해 다시 진한 황산으로 되돌려야 해 에너지 소비가 많은 등 환경ㆍ에너지 문제가 대두되고 있다. 이에 따라 일본을 비롯해 유럽ㆍ미국에서는 효소를 이용한 연구개발이 활발히 이루어지고 있지만 효소법은 천연 셀룰로오스 자원을 신속히 당으로 변환시키는 것이 어려운 문제점이 있다. 개발한 신규 프로세스는 촉매 코스트가 진한 황산의 약 10배 정도이지만 셀룰로오스의 당화 프로세스 설비비를 포함한 종합적인 코스트를 비교하면 20% 이상 절감할 수 있을 것으로 전망되고 있다. 목재, 초본류 등 셀룰로오스의 종류를 불문하지 않는 만큼 식량과 경쟁하지 않는 바이오에탄올 양산기술로써 공업화에 대한 기대가 고조되고 있으며 앞으로 산ㆍ학 제휴 등을 통해 구체화해갈 방침이다. <화학저널 2008/08/26> |
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