|
 연초 국립과학재단에 의해 개최되었던 워크숍 보고서에 따르면, 분리공정은 바이오연료 생산에서 핵심 부분이며, 대규모 생산을 가능하게 하기 위해서는 이 분야에 대한 기초연구가 필요하다고 한다.
“미래 대체 에너지로써의 가능성을 확보하기 위한 바이오연료 분리공정에 대한 새로운 패러다임의 개발(Developing New Paradigms for Biofuel Separations to Enable an Alternative Fuels Future)”이라는 제목은 보고서가 최근 발간되었으며, 바이오매스의 열화학적 변환(thermochemical conversion)과 관련된 현재의 이슈들을 해결하는데 도움을 줄 연구 로드맵을 제공함에 목적을 두고 있다.
본 보고서에서는 열촉매 바이오연료 생산에 현재 사용하고 있는 몇몇 분리기술에 대해 소개하고 있으며, 문제 해결을 위해 필요한 기초적인 연구주제에 대한 권고사항이 포함되어 있다. 워크숍 참가자들은 열촉매 바이오연료 생산의 네 가지 주요 단계에서 분리공정과 관련된 부분을 아래와 같이 구분하였다.
(1) 전환에 앞선 공급원료의 처리
(2) 전환설비
(3) 제품 정제 및 컨디셔닝(conditioning)
(4) 제품 업그레이드 및 연료합성
<공급원료 처리> 이 단계에서 두 가지 주요한 문제점이 있다: (1) 전환설비로 원료를 이송하기에 앞서 에너지 밀도 및 벌크 밀도(bulk density)를 모두 증가시킬 수 있는 수단을 개발하는 것, (2) 열전환 혹은 촉매전환에 앞서 불필요한 수분 및 유기 오염물질(예, 염, 금속 등)을 제거하는 것.
<바이오매스 전환설비> 진정한 변형기술(transformative technology)에 필요한 몇 가지 극복해야 할 점으로 다음과 같은 것이 있다.
(1) 예를 들어 타르(tar)의 생성을 억제하기 위하여, 고온반응기에 함께 주입할 수 있도록 소규모에서 고순도, 저가의 산소를 생산하는 능력
(2) 열분해와 같이 현재 바이오매스의 열 및 촉매 변환에 사용되는 고온(500°C 이상)의 상황에서, 수분, CO, CO2, 질소를 포함하는 화합물, 황 화합물 및 산과 같은 불순물을 제거하는 능력
(3) 재생가능한 저가의 수소 공급원
(4) 현재 고온 바이오매스 전환설비에서의 운전조건에서, 증기상에서 산소결합물질을 분리하는 능력
앞의 두 가지는 많은 산업체에 직접적인 이점을 제공해 줄 것이며, 연속된 다운스티림 공정의 효율도 크게 향상시켜 줄 것이다. 세 번째 것은 많은 분야에 영향을 미칠 수 있으며, 네 번째 것은 바이오연료 프로세싱에 국한된 문제에 해당한다.
<반응기 제품 정제 및 전환> 세 가지 주요사항으로 모두 바이오연료 공정에 국한된 것이며, 200°C 이하의 낮은 온도와 바이오-오일의 응축상(condensed phase) 프로세싱에 관한 것이다.
(1) 응축과정에서 바이오-오일에서 발생하는 화학적 변화에 대한 이해
(2) 혼합재료의 특성 예측능력 향상
(3) 저온에서 더 효과적으로 산소결합물질을 분리하는 능력
<제품 업그레이드 및 연료합성> 비록 중요함에도 워크숍의 범위를 벗어났으며, 주요한 필요성 모두 화학변환에 관한 것으로, 분리공정이 아닌 촉매분해가 핵심을 이루었다.
<권고사항> 효율적이고 규모확장이 가능한 해법은 현재 언급된 대부분의 문제점들에서 제시되지 못하고 있다. 이들 중 대부분은 상당히 학제간 연구가 필요한 것으로, 성공적인 분리공정을 설계하기 위해 필요한 열역학과 유체역학과 같은 기초분야의 접목이 절실하다. 연구팀이 지목한 분리공정의 문제점을 해결하기 위해 필요한 기초연구분야는 다음과 같다.
(1) 산소화합물에 대한 기초화학 및 이것이 반응성/이동/평형에 미치는 영향
(2) 산소화합물 및 계면에서의 상호작용 (예, 에멀젼, 산소화합물-고체 상호작용)
(3) 산소화합물의 물리적 특성을 결정하기 위한 분자수준의 모델링
(4) 산소화합물의 실험적 열역학적 및 이동에 관한 자료
(5) 열적 및 화학적 다기능 재료 혹은 하이브리드 재료
(6) 통합 반응/분리
(7) 화학적으로 유사하며 매우 희석된 혼합물로부터의 성분 분리
(8) 열을 사용하지 않는 수분 분리
(9) 삼상(three-phase) 분리를 위한 설계
Resources: NSF 2011. Developing New Paradigms for Biofuel Separations to Enable an Alternative Fuels Future Eds. Dan Shantz, Texas A&M University; Mukund Karanjikar, Technology Holdings National Science Foundation. Chemical, Bioengineering, Environmental, and Transport Systems Division. Washington D.C.
출처 : http://www.greencarcongress.com/2011/09/separations-201109018.html |