부생가스 원료 혼합물 비율 상관없이 알파올레핀 생성
한국화학연구원은 버려지는 이산화탄소(CO2)와 산업 부생가스로부터 화학물질인 ‘알파올레핀’을 만드는 촉매 공정기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 이 기술은 온실가스를 배출하지 않는다.
알파올레핀은 세정제, 윤활유, 화장품, 플라스틱 등을 만드는 데 쓰이는 정밀화학원료다. 알파온레핀을 첨가해 만든 플라스틱은 일반 플라스틱보다 강도가 높아 특수 플라스틱으로 분류되고 알파올레핀 포함 윤활유는 부식방지 등의 기능이 좋아 최고급 윤활유로 분류된다.
또한 알파올레핀은 특수 산업에 널리 응용될 수 있어 전 세계에서 연간 400만 톤 수준의 수요가 있다. 우리나라 시장 규모도 연간 약 10만 톤에 이른다.
기존에 알파올레핀을 만들기 위해서는 에틸렌을 원료로 하는 까다로운 공정기술이 필요했다. 나프타 분해 또는 셰일가스의 에탄 분해를 통해 얻은 에틸렌을 고순도로 정제해야 하고 비싼 금속이 들어간 촉매를 만들어야 하며 극소량의 불순물도 반드시 제거해야 했다. 여기에 해외 기업이 원천기술 및 통합공정 특허를 가지고 있어 알파올레핀은 지금까지 전량 수입에 의존해왔다.
김용태 박사팀은 에릴렌과 비싼 촉매 없이도 온실가스인 이산화탄소와 버려지는 산업 부생가스 그리고 저렴한 촉매를 활용해서 알파올레핀을 만드는 새로운 촉매 공정기술을 개발했다.
이산화탄소는 대표적인 온실가스로 우리나라는 파리기후협약에 따라 2030년까지 약 314.7만 톤을 감축할 계획이다.
개발된 공정기술은 버려지는 온실가스를 원료로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 반응의 결과물로 온실가스가 배출되지 않는다는 장점이 있다. 기존 알파올레핀 제조공정에서는 이산화탄소가 발생한다.
또한 경제적 효과도 크다 기존 공정은 에틸렌을 이용하는 반면 새로 개발된 공정에서는 이산화탄소와 버려지는 부생가스를 사용하기 때문에 원료 가격은 약 4분의 1 수준이다. 비싼 금속이 들어간 촉매를 쓰는 대신 저렴한 철광석으로 촉매를 제조할 수 있다.
특히 산업 부생가스는 일산화탄소, 메탄, 수소의 비율이 상황에 따라 다르게 배출되는데 새로 개발된 공정에서는 가스가 어떤 비율로 조성돼 있든 상관없이 알파올레핀을 생산할 수 있도록 촉매를 최적화했다.
이 공정의 핵심기술은 철광석을 원료로 한 촉매 제조기술이다. 공정의 화학반응을 단순화하면 이산화탄소가 화학반응을 거쳐 일산화탄소가 되는 과정, 일산화탄소가 또 다른 화학반응을 거쳐 알파올레핀이 되는 과정 두 가지다.
김용태 박사는 "개발 공정은 온실가스인 이산화탄소와 산업 부생가스를 모두 활용해서 국내 온실가스 저감에 큰 도움이 될 것이다"라며 "향후 상용화되면 온실가스 감축과 수입 대체효과를 모두 달성할 수 있을 것으로 기대된다. 내년까지 미니 파일럿 운전을 통해 일당 1kg의 알파올레핀 생산을 검증할 계획이다"라고 말했다.
[데일리e뉴스= 전수영 기자]
