[산업계동향] 업계 거시 동향

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656 … NICE, 제30권 제6호, 2012

고옥탄가의 바이오 휘발유 생산 프로젝트

쿨 플 랜 트 에 너 지 시 스 템 즈 (Cool Planet Energy Systems)는 특허로 등록된 새로운 기계적 공정과 접근 방 법을 이용한 새로운 프로젝트를 진행하고 있다. 쿨플랜트 사는 높은 옥탄가를 가지는 탄소 배출량이 저감(부산물로 나오는 바이오촤의 이용을 포함)되는 재생 휘발유를 정부 보조금없이 1갤런당 1.5불의 비용으로 생산할 것이다.

쿨플래넷사는 새로운 열/기계 공정을 사용하여, 목재칩, 곡물 잔류물, 조류 등과 같은 바이오매스 원료들을 직접 넣 고 전통적인 연료 제품들에 사용되는 물질로 촉매를 사용 하여 전환시킬 수 있도록 다양한 가스 흐름들을 생산한다.

또한 쿨플래넷사는 다양한 크기의 간단한 단일 단계의 촉 매 전환 공정들을 개발하고 있다. 이와 같이 다양한 규모의 공정들은 높은 옥탄가를 가지는 휘발유인 eBTX, 합성 항 공 원료 등과 같은 유용한 제품들을 생산하기 위한 분류 장 치의 배출 가스 흐름들에 적합하고 초고수율 에너지 곡물 들로부터 연료 생산을 극대화할 수 있다.

바이오매스의 급속 열공정은 전통적으로 대량의 활성 탄 소 또는 바이오촤를 생산한다. 초과 생산된 탄소는 석탄 대 체물로서 연료로 사용된다. 전체 공정은 탄소 중립이기 때 문에 급속 열공정은 탄소 중립 석유화학 대체 성분들과 탄 소 중립 석탄 대체물을 생산한다. 바이오촤가 토양 첨가제 로서 장기적으로 탄소를 포집하게 된다면 이 공정은 최대 150%의 탄소 저감(Carbon footprint reduction) 효과 를 가져온다(이 결과는 회사에 의해서 수행된 GREET 기 반의 모델링을 통한 결과임).

지난 2월에 회사는 새로운 에너지 곡물인 거대 억새를 이 용한 파일럿 실험에서 1에이커당 4,000갤런의 휘발유 전 환 효율을 달성하였다고 발표하였다. 쿨플래넷의 바이오 연 료는 이미 성공적으로 내부 시험을 통과하였다. 구글사에서

이루어진 관련 시험은 GRide로 알려진 자동차를 이용하여 2,400마일 이상을 바이오 연료를 통해 주행한 것이다.

5%의 탄소 네거티브 연료와 95%의 일반 휘발유를 혼합

한 연료를 이용하여 주행함으로써 시험용 차량은 캘리포니 아의 2020 저탄소 연료 기준을 8년 앞당겨 달성하였다. 제 어 자동차는 100%의 일반 휘발유를 사용하였다. 시험용 자동차는 자동차 사이의 특정한 차이 없이 5번의 스모그 검 사를 통과하였다. 시험용 차량의 총 주행거리는 제어 자동 차와 비슷하여 2,514마일의 제어 자동차과 비교하여 총 2,490마일을 달성하였다. 덧붙여서 시험용 차량과 제어 차량은 배출 시험에서도 실제적으로 동일하였다. 계획된 다른 현장 시험들도 캘리포니아에서 진행될 것이다.

쿨플래넷사의 사장이자 최고책임자인 하워드 얀젠 (Howard Janzen)은 다른 바이오 연료 회사들과는 다르 게 쿨플래넷사의 탄소 네거티브 휘발유는 혁신성 때문에 가격 경쟁력을 가지며 마이크로 정제 설비에서 대량 생산 하고 이송함으로써 원료물질 수송 비용을 현저하게 저감시 키고 총 자본 효율을 극대화할 수 있다고 말했다. 각각의 마 이크로 정제 공정은 전통적인 석유 정제보다 100배 작으나 매년 연료를 1천만 갤런들을 생산할 수 있으며 1밸러에 50 불의 석유 가격까지 정부 보조금 또는 지원없이 가격 경쟁 력을 유지할 수 있다고 덧붙여서 말했다.

(KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 , 2012년 11월 5일)

중국, 메틸알코올로 저탄소알켄을 제조하는 독자산업화 실현

중국과학원 대련화학물리연구소의 메틸알코올(methyl

alcohol)로 저탄소 알켄(DMTO)을 제조하는 기술을 사용

하는 절강흥흥신에너지과학기술회사의

180만 톤 메틸알

코올의 알켄(alkene) 제조항목은

2012년 10월 18일 가

*본 내용은 KISTI와 GTB(Global Trends Briefing 글로벌동향브리핑) 해외 과학기술동향 정보 이용협약을 통해 기사를 발췌하여 작성되었 습니다.

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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 30, No. 6, 2012

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흥시에서 개막식을 진행하였고 중국과학원 부원장

Shi-

erwei, 가흥시위서기 Li-weining 등이 참가하였다.

절강흥흥신에너지과학기술회사는 가흥 항구에

2세트의 180만 톤 메틸알코올의 알켄 제조항목을 건설하려는 계획

을 세웠고, 이 프로젝트를 위한 건설 면적은

633무(1무 는

약

660평)이고 총 투자액은 60억 위안이다. 건설되어 생산

이 되면 연수입은

150억 위안에 달하며 예산 생산량에 달

하면

25억 위안의 세가 늘어난다. 1기 설비 투자는 32억

위안으로서

2014년 말에 시생산에 들어갈 예정이다.

Li-weining은 발표에서 DMTO의 기술을 고도로 평가

하고 아주 높은 과학기술 수준과 아주 넓은 시장 전망을 가 지고 있고 건설된 후 꼭 가흥 항구 화학공업신재료산업과 순환경제의 가속화 발전을 촉진하며 절강성의 신흥전략산 업발전과 가흥경제의 전변과 업그레이드에도 추진작용을 일으킬 것이라고 평가하였다.

DMTO기술은 2006년에 처음으로 첫 만톤급 공업성 테

스트가 성공한 후 상업화 허가를 진행한 것이다. DMTO 핵 심기술을 사용하고 있는 신화포두의 석탄으로 알켄을 제조 하는 시범항목은 세계에서 첫 설비세트, 세계에서 가장 큰 석유화학제품 폴리올레핀(Polyolefin)을 생산하는 특대 형 선탄화학공업 항목이며, 2010년

8월 8일 시생산에 성

공하여

2011년 1월 1일에 공장이 정식으로 상업화 운영에

들어섰으며 지금까지 안정하게

2년 이상 운영되어 연간 이

윤율은

10억 위안을 넘는다.

전략적인 국가산업 정책으로 인하여 알켄 원료의 다원화 를 유도하는

DMTO기술은 이미 18개 설비세트의 상업장

치를 허가하였고 알켄 규모는

1006만 톤/년에 달하였고

2013 ~ 2015년 계속 투자생산하여 중국 알켄시장 공급

부족의 문제를 완화하는데 중요한 영향을 미칠 것으로 보 이며 전반 산업의 사회투자는

2500억 위안을 넘을 것으로

예상된다. “12차

5개년”기간에 DMTO 허가된 장치의 알

켄 생산능력은

1200~1500만 톤/년에 달할 것이며 이는

전국 알켄 생산량의

30~50%를 차지한다.

중국 서부의 석탄매장량이 풍부한 지역에서 석탄으로 알 켄 제조하는 항목을 건설하는 동시에 알켄 원재료에 대한 요구가 큰 중국 동남 연해의 발달지역에

DMTO기술을 사

용하여 외부에서 메틸알코올을 구입하여 알켄 하부산업

(Downstream industries)을 발전할 수도 있다.

대표적 인 항목으로 녕파시 진해구의 녕파하원(禾元)화학회사의

DMTO장치는 이미 기본적으로 건설이 완료되었고 2013

년 초에 생산을 시작할 계획이다. 흥흥신에너지과학기술회 사의

180만 톤 메틸알코올로 알켄을 제조하는 항목의 시작

은 이 프로젝트가 다시 한번 실질적인 중요한 성과를 취득 했다는 것을 상징한다. 중국과학원이 가흥에서 보급하는 응용의 가장 큰 산업화 항목으로서 아주 중요한 영향력을 가지고 있고 절강성 정부가 제기한“큰 플랫폼을 발전시키 고 큰 기업을 배양하며 큰 산업을 형성하는”목표를 실현하 는 구체적인 조치로서 절강성의 전략적 신흥산업발전을 위 해 적극적인 공헌을 할 것이다.

이런

DMTO장치의 건설은 중국 신흥산업인 석탄 혹은

메틸알코올을 원료로 하는 알켄 공업의 흥기를 상징하며 중국이 세계의 석탄으로 알켄을 제조하는 공업화 산업에서 국제적 선도지위를 확보하였으며 중국의 석유화학공업 원 재료의 대체, 국가에너지안전과 서비스를 보장하는 국민경 제건설에 대해 아주 중요한 전략적 의의를 가지고 있다. 이 는 또한 지방경제의 발전을 강력하게 촉진하고 취업 기회 를 증가시켜 아주 큰 사회적 효과를 나타내고 있다.

중국과학원 원지(과학원과 지역)합작국, 대련화학물리 연구소 관련 책임자가 이번 가동행사에 참가하였다.

(KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 , 2012년 11월 2일)

더 나은 바이오 연료 생산에 필요한 촉매를 보 호하기 위한‘나노볼’구축

나노볼(nanobowls)이라고 하면 아주 작은 플레이어의

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NICE, 제30권 제6호, 2012

포스트시즌 축구 경기처럼 들릴 수 있지만, 나노볼은 바이 오 연료를 생산하는 방식을 향상시키는 나노 물질로, 스포 츠와는 전혀 상관없다. 나노볼은

IACT(Institute from Atom efficient Chemical Transformations), Argonne

국립 연구소

(ANL)가 이끄는 에너지 프런티어

연구 센터, 노스웨스턴 대학, 위스콘신과 퍼듀 대학을 포함 하는 연구원들의 희망이다. 연구팀은 나노 스케일(10억 분 의

1m)의 나노볼을 구축하기 위해 마이크로 칩 제조를 위

해 개발된 레이어링 기술을 사용하여 바이오 연료 정제의 악조건에서 소형 금속 촉매를 보호할 수 있는 나노물을 만 들었다. 또한 레이어링 기술을 사용하여 나노볼의 기능과 특이성을 향상시키기 위해 크기, 모양 및 구성을 쉽게 맞출 수 있었다.

본 연구팀은

ANL의 에너지 시스템 부문 수석 화학자인 Jeffrey Elam에 의해 주도되었고, 본 연구는 플로리다, 탬

파에서 개최된

AVS 59번째 국제 심포지엄 및 전시(2012

년

10월 28일-11월2일)에서 소개될 예정이다.

금속 산화물 표면을 지지하는 파라디움, 이리듐과 플라 듐과 같은 금속 나노 입자는 바이오 매스의 전환을 위한 촉 매제로 고려되고 있다. 바이오매스는 효율적인 대체 가능 한 연료로서, 사탕수수와 옥수수 등의 식물에서 얻어진 유 기물이다. 불행하게도, 전형적인 바이오 정제 조건 하에서 액체는 섭씨

200도(화씨 392도) 정도의 온도와 4,100 킬

로파스칼

(평방 인치 당 6백파운드)의 압력에 도달할 수 있

고, 작은 금속 나노 입자는 촉매제로서의 활성이 없는 훨씬 더 큰 입자로 뭉쳐질 수 있는데, 이런 극단적인 공정 조건은 지지체를 용해시킬 수 있다.

Elam은“우리는 촉매제가 바이오 정제 동안 자신의 능

력을 감소시키지 않는 촉매를 보호할 수 있는 방법이 필요 했다”고 말했다. “우리의 해결책은 일반적으로 반도체 산 업 에 서 사 용 하 는 과 정 인 원 자 층 증 착

(atomic layer deposition, ALD)을 이용하여 금속 입자 주위에 나노볼

을 구축할 수 있었다. 반도체에 적용되는 이 원자층 증착을 통해 재료는 단원자층의 박막을 성장하게 된다. [원자층 증 착은 반도체 제조 공정 중 화학적으로 달라붙는 단원자 층 의 현상을 이용한 나노 박막 증착 기술이다. 웨이퍼(반도체 집적 회로의 원재료로 사용되는 실리콘 단결정으로 된 원

판 모양의 기판) 표면에서 분자의 흡착과 치환을 번갈아 진 행함으로써 원자층 두께의 초미세 층간

(layer-by-layer)

증착이 가능하고, 산화물과 금속 박막을 최대한 얇게 쌓을 수 있으며, 가스의 화학반응으로 형성된 입자들을 섭씨

500도 이하에서 막질을 형성할 수 있는 기술이다.]

활성 촉매를 포함하는 나노볼 매트릭스를 만들기 위해서 연구원들은 먼저 원자층 증착 기술을 이용하여 지지 면에 수백 만의 금속 나노 입자(나노촉매)를 증착시킨다. 그런 다음 금속 나노 입자에만 결합할 수 있는 유기물을 첨가시 킨다. 이 유기“보호 그룹”은 나노볼 모양을 형성할 수 있는 주형으로서의 역할을 한다.

Elam은“우리는 다시 원자층 증착을 이용하여 니오비아 (niobia; 니오븀 5산화물 [niobium pentoxide])로 알려

진 무기 재료의 층과 층 사이에 보호 그룹을 부착시켜 우리 의 매트릭스에 나노볼 형태의 윤곽을 명확하게 했다”고 말 했다. “원하는 두께의 니오비아가 얻어지는 즉시, 우리는 보호 그룹을 제거하고 니오비아가 한 덩어리로 뭉치는 것 을 방지하기 위해 금속 나노 입자는 남겨두었다. 또한, 니오 비아 코팅은 바이오 정제 과정 중 발생하는 극한 공정 조건 으로부터 지지층을 보호한다”고 설명했다.

Elam의 말에 의하면,

나노볼 자신은 생성되는 촉매 매 트릭스의 전반적인 기능을 향상시킬 수 있다고 한다. “우리 는 특정 높이에서 나노볼 벽에 촉매 활성 물질의 원자층 증 착 층을 내려놓을 수 있고 나노 촉매와 함께 작동하는 공동 촉매를 생성할 수 있다. 또한 유기 보호 그룹을 잘 선택하 여, 우리는 바이오매스 혼합물에서 특정 분자만을 정제할 수 있도록 나노볼 구멍(hole)의 형태와 크기를 조정할 수 있다”고

Elam은 말했다.

Elam과 그 동료들은 나노볼과 나노 입자의 조합이 바이

오매스 정제의 고압 고온 환경을 견뎌낼 수 있다는 것을 증 명해 보였다. 또한 그들은 나노볼 촉매에 따른 형태 선택성 과 크기를 증명하였다. 그들의 다음 연구 목표는 나노볼과 나노 입자 조합이 바이오매스 정제 과정에서 촉매제로서 역할을 얼마나 잘 수행하는지 정확하게 측정하는 것이라고 한다.