새로운 바이오 차(Pyroco)로 오염 감소에 도움

RMIT University 엔지니어들은 PYROCO라는 저렴한 바이오슬러지 유래 활성 바이오 차를 만들었습니다. 이 새로운 바이오 차는 산업 부문이 오염을 줄이고 바이오 오일 품질을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 지속 가능한 촉매 열분해 분야에서 추가 혁신의 문을 열어줍니다. 알아야 할 내용은 다음과 같습니다.

바이오 오일이란 무엇이며 어떻게 만들어지는가?

바이오 오일은 재생 에너지 시장에서 확대되고 있는 분야입니다. 이 기술은 수십 년 동안 존재해 왔습니다. 그러나 최근의 발전으로 보다 지속 가능하고 저렴한 바이오 오일 생산이 가능해졌습니다.

바이오 오일은 종종 산소가 풍부한 유기 폐기물에서 만들어집니다. 특히, 열화학 공정인 열분해(pyrolysis)가 일반적으로 바이오 오일을 생성하는 데 사용됩니다. 이는 산, 알코올, 케톤과 같은 복잡한 화합물을 분해하는 데 도움을 줍니다.

바이오연료 생산에서 열분해 이해하기

열분해는 바이오매스를 +500도까지 가열하고 물질에서 산소를 제거해야 합니다. 이 과정은 고분자를 빠르게 분해하는 데 도움을 줍니다. 특히, 열분해는 연소와 달리 산소를 배제한다는 점에서 차이가 있습니다.

열분해의 역사: 숯에서 바이오차까지

열분해는 인류가 수세기 동안 사용해 온 과정이라는 점은 흥미롭습니다. 고대 문화에서는 이를 이용해 숯과 로스트 커피를 만들었습니다. 일부 기록은 고대 이집트인들이 미라 방부 과정에 열분해를 사용했음을 보여줍니다.

열분해의 도전 과제: 배출, 에너지 사용 및 안전

오늘날의 열분해 시스템이 보다 지속 가능한 운영을 달성하기 위해 해결해야 할 여러 문제가 있습니다. 첫째, 가스 배출이 환경에 해롭습니다. 이는 한 종류의 오염을 방지하려는 시도에 거의 도움이 되지 않으며, 오히려 다른 문제를 만들게 됩니다.

또한, 높은 에너지 요구량이 있습니다. 고분자를 분해할 수 있는 불을 시작하는 데는 시간과 에너지가 필요합니다. 불과 산소를 분리해 두는 데는 내재된 위험도 존재합니다. 경우에 따라 산소에 갑작스럽게 노출되면 유기 물질이 우연히 연소할 수 있습니다.

바이오차란? 이점, 구성 및 활용

바이오차는 바이오매스 열분해의 부산물입니다. 화학적 구성은 비교적 단순하며 주로 탄소와 재로 이루어져 있어 독특한 특성을 가집니다. 첫째, 모든 유기 물질로 만들어지기 때문에 연소가 아니라 토양에 매립되는 것이 목적입니다. 특히, 바이오차의 주요 원료로는 가축분뇨, 과일 씨, 가지, 임업 폐기물, 음식 남은 것 등이 있습니다.

바이오차는 농업 분야에 많은 이점을 제공합니다. 많은 사람들은 이를 비료에 강력한 보조제로 보고 있습니다. 매립될 경우, 바이오차는 높은 영양소와 수분 보유 능력을 제공합니다. 또한, 전통적인 비료보다 더 오래 토양 비옥도를 향상시킵니다.

PYROCO: RMIT의 혁신적인 바이오차 촉매

연구 “Role of carbon-catalyst on upgrading the pyrolysis vapors of spent Eucalyptus nicholii biomass: Towards sustainable phenolics production“,¹ Renewable Energy에 게재된 이 연구는 바이오 차가 농업 용도로 가장 많이 사용된다는 가정을 뒤흔듭니다. 파라핀 증기와 함께 사용할 때, 열분해 과정에 필요한 에너지를 감소시키는 촉매로 바이오 차를 활용하는 새로운 방식을 제시합니다.

출처 – RMIT University

엔지니어는 그들의 바이오 차가 페놀류와 탄화수소 기능을 모두 목표로 할 수 있음을 보여줍니다. 구체적으로, 이 연구는 페퍼민트 버드나무(Eucalyptus nicholii) 바이오매스를 활용합니다. 이 호주 토착 식물은 풍부한 원료를 생산해 실험에 이상적인 해결책이 됩니다.

이 연구의 일환으로, 엔지니어들은 바이오슬러지 유래 활성 바이오 차가 사용된 Eucalyptus nicholii 바이오매스 열분해 및 그 바이오 오일 구성에 미치는 영향을 심도 있게 조사했습니다.

유기 폐기물을 재생 가능한 바이오 오일로 전환하기

실험의 첫 단계로, 페퍼민트 버드나무 원료를 연구자의 현지 농장 중 하나에서 수집했습니다. 원료는 신선하게 유지된 후 바로 증류 공정으로 보내졌습니다. 이 단계에서 고체 잔류물이 생성되어 오븐으로 전달되었습니다.

잔류물은 밤새 105°C로 가열되었습니다. 이 단계는 물질에 남아 있는 수분을 제거합니다. 다음으로 팀은 물질을 100–300 μm 입자 크기로 필터링했습니다. 최종 물질은 상업적으로 이용 가능한 대안과 비교 테스트되었습니다.

엔지니어들은 조성이 페놀류(69.7%)와 탄화수소(13.7%)의 혼합물로 변했음을 확인했습니다. 이 데이터는 새로운 공정이 바이오 오일에서 페놀류와 탄화수소의 선택성을 크게 향상시켰음을 시사합니다.

이와 같이, 연구는 커뮤니티가 페놀류와 탄화수소의 선택성이 향상될 때 탄소 촉매가 바이오 오일 특성 및 활성화 에너지에 미치는 영향을 더 잘 이해하도록 돕습니다.

RMIT가 PYROCO 바이오차 촉매를 테스트한 방법

엔지니어들은 연구의 정확성을 보장하기 위해 여러 테스트를 수행했습니다. 팀은 27 mm × 680 mm 석영 튜브 반응기와 카보라이트 퍼니스에서 촉매 열분해를 시작했습니다. 다공성 3(16–40 μm)의 세라믹 프릿을 가스 분배 플레이트로 사용했습니다. 이 플레이트는 가열 전 반응기 바닥 위 320 mm 지점에 배치되었습니다.

반응기는 흥미로운 결과를 보여주었습니다. 첫째, 엔지니어들은 고급 전략을 사용해 열분해 중 화학 오염을 감소시킬 수 있음을 확인했습니다. 이 접근법은 고배출 화학 물질을 제거하고 저배출 바이오 차로 대체합니다.

또한, 팀은 탄소 촉매가 바이오 오일 수율에 중요한 역할을 한다는 것을 보여주었습니다. 이러한 효율성의 일부는 새로운 바이오 차가 필요한 탈산소화 및 탈카복실화 반응을 촉진하는 데 기여하기 때문입니다.

PYROCO가 배출을 감소시키고 바이오 오일 품질을 향상시키는 방법

열분해 연구가 시장에 제공하는 이점이 많이 있습니다. 주요 장점은 현 상황에 대한 가치 있는 친환경 대안을 제공한다는 점입니다. 이 공정은 다양한 장소에서 원치 않는 화학 물질 및 기타 오염 물질을 제거하는 데 활용될 수 있습니다.

팀은 이미 이 기술이 바이오슬러지 내 PFA의 99.99%를 파괴할 수 있다고 주장합니다. 이는 매립지를 훨씬 안전하게 만들 것입니다. 또한, 이 물질을 PFA 무첨가 바이오 차로 전환함으로써 전 세계 정부의 순탄소 배출 제로 목표와 일치하는 여러 활용 시나리오의 문을 엽니다.

PYROCO의 실제 활용 및 상용화 계획

이 기술에는 여러 실제 적용 사례가 있습니다. 첫째, 고배출 제품을 대체함으로써 이산화탄소 배출을 감소시키는 지속 가능한 방법을 제공합니다. 다음은 경제에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 다른 실제 활용 사례들입니다.

산업

향상된 바이오 차는 바이오 오일의 지속 가능한 공급망에서 핵심 요소가 될 수 있습니다. 이미 이러한 물질은 수지, 윤활유, 첨가제와 같은 화학 물질 생산에 필수적입니다. 이 연구는 산업 부문의 비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

이 시장은 보다 복잡한 산업 공정에서 바이오 차를 가치 있는 촉매로 활용합니다. 따라서 바이오 차의 비용을 낮추고 품질을 향상시키면 더 높은 수익을 얻을 수 있습니다.

엔지니어들은 그들의 연구가 생산 준비가 되었다고 밝혔습니다. 현재 기술을 상업적 규모로 확장할 방안을 모색 중입니다. 또한 시장 재무를 살펴보면 바이오 차가 내년까지 전 세계 시장 잠재력 33억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 이러한 모든 요인은 향후 몇 개월·몇 년 내에 이 기술이 빠르게 구현될 것임을 시사합니다.

PYROCO를 개발한 사람은? 연구팀 소개

RMIT University가 Pyroco 연구를 주도했습니다. South East Water, Intelligent Water Networks, 그리고 인도 석유 연구소의 엔지니어들과 긴밀히 협력했습니다. 구체적으로 보고서는 Ramandeep Kaur, Bhavya B. Krishna, Nimesha Rathnayake, Thallada Bhaskar, Kalpit Shah를 주요 기여자로 명시하고 있습니다.

인상적으로, Pyroco 연구는 호주 정부로부터 300만 달러의 지원금을 받았습니다. 이 자금은 처리된 하수(바이오슬러지)를 바이오 차라는 탄소 함량이 높은 제품으로 전환하는 시스템을 활용할 정수 처리 시설에 투입될 예정입니다.

주목할 화학 기업: 주식 스포트라이트

바이오 연료 부문이 성장하고 있으며, 더 많은 제조업체가 현재 사용 중인 핵심 산업 시스템에 대한 지속 가능한 대안을 만들고자 합니다. 이들 기업은 고대의 열분해와 최첨단 기술을 결합해 더 깨끗하고 효율적인 대안을 창출합니다. 여기 시장에서 선구적인 정신을 유지하고 있는 한 기업을 소개합니다.

Olin Corporation

Olin Corporation (OLN )은 1892년에 시장에 진입했습니다. 이 미국 기반 화학 기업은 평판 좋은 주식 옵션으로 성장했습니다. 회사는 Chlor Alkali Products와 Vinyls, 그리고 Winchester이라는 3개의 브랜드로 운영됩니다. Winchester은 오랜 사격 분야 역사로 인해 이미 들어보셨을 가능성이 높은 브랜드입니다.

Chlor Alkali Products와 Vinyls 부문은 퍼클로로에틸렌, 염산, 비닐 클로라이드 모노머, 메틸 클로라이드, 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 수소 등을 포함한 다양한 제품을 제공합니다. 이 회사는 미국, 유럽, 아시아 태평양, 라틴 아메리카, 캐나다 전역에 걸친 방대한 고객 기반을 보유하고 있습니다.

Olin Corporation 최신 소식

Pyroco – 열분해를 더 저렴하게 만들면 수백만 명의 삶을 개선할 수 있습니다

다양한 산업 작업에서 열분해가 얼마나 널리 사용되는지 살펴보면, 이번 개발이 비용을 낮추고 지속 가능성을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있습니다. 따라서 이 엔지니어 팀은 그들의 독창성과 결단력에 찬사를 받을 만합니다. 이제 팀은 실질적인 영향을 만들기 위해 공정을 확대하려고 합니다.

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참고 연구:

^{1. Kaur, R., Krishna, B. B., Rathnayake, N., Bhaskar, T., & Shah, K. (2024). 소비된 유칼립투스 니콜리 바이오매스 열분해 증기 업그레이드에 대한 탄소 촉매의 역할: 지속 가능한 페놀류 생산을 향하여. Renewable Energy, 214, 1239–1250. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.01.180}