음식물 쓰레기로 온실가스 배출 없이 에틸렌 생산한다
음식물 쓰레기로 온실가스 배출 없이 에틸렌 생산한다
  • 이웃집과학자
  • 승인 2022.01.27 12:00
  • 조회수 2220
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한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 청정에너지연구센터 하정명 박사 연구팀이 바이오가스에 포함된 메탄가스로 에틸렌을 생산하면서 독성 물질인 황화수소는 제거하는 공정 기술 및 촉매를 개발했다고 밝혔습니다. 

 

음식물 쓰레기, 가축 분뇨, 하수 슬러지 등으로 미생물을 이용해 생산하는 바이오가스는 다량의 메탄가스를 포함하고 있어 발전, 난방, 도시가스 혼합 등의 저가 에너지 용도로 사용되고 있는데요. 그런데, 메탄가스는 화학 반응을 통해 산업의 기초 원료인 에틸렌으로 전환하면 더 큰 부가가치를 창출할 수 있습니다. 이러한 에틸렌 생산 방식은 석유를 사용하지 않아 온실가스를 줄일 수 있습니다.

 

연구진은 먼저 촉매를 사용하여 바이오가스로부터 에틸렌을 생산하는 공정 기술을 지난해 개발했습니다. 바이오가스에는 유용하게 사용할 수 있는 메탄가스 외에도 황화수소가 다량 포함되어 있는데, 황화수소는 정제 과정에서 제거가 어려운 불순물이며 에틸렌 생산과정에서도 촉매 반응을 방해하는 독성 물질입니다. 개발된 기술은 생산과정에서 황화수소를 산화시켜 제거함으로써 에틸렌이 원활하게 생산되도록 했습니다.

 

연구진은 뒤이어 바이오가스뿐만 아니라 메탄에서 에틸렌을 생산하는 공정에서 황화수소에 대한 저항력이 높고, 반응 활성이 향상된 촉매 또한 개발했는데요. 해당 촉매는 황화수소에 대한 저항력이 높아 바이오가스 내 황화수소 제거공정이 필요 없으며, 반응 활성이 향상되어 운전온도를 800oC에서 700oC로 100oC낮춰 운전에 필요한 에너지를 줄일 수 있게 되었습니다. 이러한 반응을 통해 황화수소가 포함된 바이오가스에서도 에틸렌을 직접 생산할 수 있게 되었습니다.

음식물 쓰레기, 하수 슬러지로부터 플라스틱, 화학소재 생산. 음식물 쓰레기, 하수 슬러지 등은 혐기성 소화를 거쳐서 메탄이 주성분인 바이오가스를 생산하며, 현재 바이오가스는 정제 과정을 거쳐서 도시가스, 발전 연료 등으로 사용되고 있다. 본 기술에서는 황화수소 정제 과정 없이 화학 반응을 통해 메탄으로부터 에틸렌을 생산하고, 에틸렌을 원료로 다양한 플라스틱이나 화학 소재를 생산할 수 있다. 이는 기존의 도시가스, 발전 연료 사용과 비교하여 어려운 정제 과정을 회피할 수 있고, 조금 더 부가가치가 높은 화학제품 생산으로 연결할 수 있다는 장점이 있다. 출처 : KIST
음식물 쓰레기, 하수 슬러지로부터 플라스틱, 화학소재 생산. 음식물 쓰레기, 하수 슬러지 등은 혐기성 소화를 거쳐서 메탄이 주성분인 바이오가스를 생산하며, 현재 바이오가스는 정제 과정을 거쳐서 도시가스, 발전 연료 등으로 사용되고 있다. 본 기술에서는 황화수소 정제 과정 없이 화학 반응을 통해 메탄으로부터 에틸렌을 생산하고, 에틸렌을 원료로 다양한 플라스틱이나 화학 소재를 생산할 수 있다. 이는 기존의 도시가스, 발전 연료 사용과 비교하여 어려운 정제 과정을 회피할 수 있고, 조금 더 부가가치가 높은 화학제품 생산으로 연결할 수 있다는 장점이 있다. 출처 : KIST

 

KIST 하정명 박사는 “국내에서는 이미 바이오가스가 대량으로 생산되고 있는데, 바이오가스를 단순히 난방용으로 사용하기보다 화학산업의 원료로 사용한다면 바이오가스 생산 업체는 더 큰 시장을 갖게 되고, 탄소중립을 위해 분투하고 있는 국내 화학 기업들에게는 온실가스 배출 없는 새로운 원료를 제공할 수 있을 것”이라며, “본 기술은 바이오가스뿐만 아니라 플라스틱 등 다양한 폐기물로부터 얻어지는 메탄가스 또한 활용할 수 있어서 관련 기업들의 관심이 집중될 것”이라고 밝혔습니다.

 

연구결과는 촉매 분야의 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ 21년 10월 호와 에너지 분야의 국제학술지 ‘International Journal of Energy Research’ 21년 12월 호에 게재되었습니다.

논문명 : Upgrading of sulfur-containing biogas into high quality fuel via oxidative coupling of methane

 

#용어설명

1. 바이오가스

산소가 없는 환경에서 음식물 쓰레기, 하수 슬러지 등 유기물이 혐기성 박테리아의 혐기성 소화에 의해 분해되면서 얻어지는 기체 혼합물이다. 메탄, 이산화탄소가 주성분이며 황화수소, 산소, 실리콘 화합물 등이 소량 포함된다. 메탄을 정제하여 도시가스, 발전연료, 난방연료 등으로 활용할 수 있으며, 국내에서는 전국에 100개 이상의 바이오가스 생산 시설이 운영되고 있다.

2. 에틸렌

석유에서 유래하는 나프타의 분해, 또는 천연가스에 포함된 에탄의 분해를 통해 생산되며, 다양한 플라스틱, 화학제품을 생산하기 위한 기초 원료로 흔히 화학산업의 생산 능력을 보여주는 척도로 활용된다.


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