- 폐목재에서 나온 끈적한 리그닌 오일의 점도 감소 기술, 산업적 활용도↑

- 석유 대체연료의 대량생산 가능, 바이오 연료로 온실가스 감축 효과 기대

국내 연구진이 바이오항공유(Bio-jet fuel) 대량생산이 가능한 핵심기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장직무대행 윤석진) 청정에너지연구센터 하정명 박사팀은 폐목재로부터 항공유급 연료를 대량 생산하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 그동안 높은 점도 때문에 석유 대체 연료로 전환하기 어려웠던 폐목재 유래 오일로부터 항공유급 연료를 생산할 수 있게 되어 2027년으로 예정된 항공유 온실가스 감축 규제에 대응하는 대체 연료 기술을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

목재, 풀과 같은 식물체의 20~40%를 차지하는 성분인 리그닌은, 펄프를 생산하는 제지 공정에서 폐기물로 대량 배출된다. 이 리그닌을 열분해하면 오일을 생산할 수 있는데, 끈적한 점성 때문에 산업적으로 활용하기 어렵다. 이러한 이유로 제지 공장에서는 리그닌 폐기물을 고품질 연료나 화학제품의 원료로 사용하기보다 낮은 품질의 보일러 연료 등으로 활용하고 있는 실정이다.

KIST 하정명 박사팀은 리그닌 오일의 점도를 낮추기 위해 ‘수첨 분해’를 활용하여 수첨 분해 리그닌 오일을 제조하고, 제조된 오일을 기존의 끈적한 리그닌 오일과 7:3 비율로 혼합하여 점도를 1/7수준(750cp에서 110cp로 감소, ex) 물 1cp, 식용유 80cp)으로 현저히 감소시켜 산업용으로 사용할 수 있게 되었다.

이렇게 제조된 혼합 오일은 ‘수첨 분해’에 다시 활용하여 연속 공정에 의한 석유 대체 연료 대량 생산이 가능하게 되었다. 또한, 최종 생산된 연료는 항공유처럼 휘발유나 경유에 비해 어는점이 낮고 에너지 밀도가 높아서 바이오항공유로 활용하기 적합하다.

본 연구를 주도한 KIST 하정명 박사는 “디지털 혁명에도 불구하고 전 세계적인 택배 물량 급증으로 종이 상자의 수요가 늘어나면서 종이의 생산량은 여전히 줄어들지 않고 있다. 기존의 화학 반응 방법으로는 제지 공장에서 대량 발생하는 리그닌 폐기물을 고부가가치 연료로 활용하기 어려웠는데, 이번 성과로 인해 폐기물로 취급되는 리그닌으로부터 항공유를 대량 생산할 수 있게 되었다.”면서 “이로 인해 2027년부터 엄격히 시행될 항공유 온실가스 감축 규제에 우리나라의 적극적인 대응이 가능할 것”이라고 말했다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 기후변화대응기술개발사업 등으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 에너지 분야 국제 저널인 ‘Energy Conversion and Management’ (JCR 분야 상위 1.866%) 최신호에 게재되었다.

 * (논문명) Continuous-flow production of petroleum-replacing fuels from highly viscous Kraft lignin pyrolysis oil using its hydrocracked oil as a solvent

   - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김윤수 학생연구원 (現 국도화학)

   - (교신저자) 한국과학기술연구원 하정명 책임연구원 

<그림설명>

[그림1]

제지 산업의 리그닌 폐기물로부터 생성된 리그닌 오일을 수첨분해하여 바이오항공유 대량 생산.

 

 

[그림 2] 리그닌 폐기물에서 바이오항공유 생산
끈적한 점성을 가진 리그닌 오일은 수소 첨가 분해후 원 리그닌 오일과 혼합하여 수소 첨가 업그레이딩으로 석유 대체 바이오항공유를 생산할 수 있다.

[그림 3] 리그닌 오일 유래 바이오항공유 점도와 발열량

리그닌 오일에서 제조한 바이오항공유는 기존 석유 항공유와 유사한 발열량을 보여줌.