| 액체연료 제조 신기술 개발 | ||
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 최근, 일본 도야마대학 교수 춘판리(椿範立) 연구팀은 샤먼(廈門)대학 교수 왕예(王野) 연구팀과 공동으로 피셔-트롭슈 합성용 촉매(catalyst for Fischer-Tropsch synthesis) 연구에서 새로운 성과를 확보하여 다양한 유형의 액체연료 직접 합성에 간단하고 효과적인 방법을 제공하였다. 해당 연구성과는 2018년 9월 17일 "Nature Catalysis"에 게재되었다. 사회경제의 발전에 따라 가솔린, 항공등유, 디젤유 등 액체연료의 수요량은 지속적으로 증가되고 있지만 석유자원의 결핍으로 중국의 원유 대외의존도는 60%를 초과한다. 이러한 국면을 개변시키기 위해 연구팀은 석탄 기반 합성가스로 직접 가솔린, 항공등유 및 디젤유를 제조하는 신기술 개발에 착수하였다. 피셔-트롭슈 합성은 합성가스를 원료로 하여 촉매 및 적합조건에서 액상탄화수소 또는 탄화수소화합물을 합성하는 공법이다. 그러나 전통적인 합성가스로 액체연료를 제조하는 피셔-트롭슈 합성 기술로 획득한 생성물은 분포 범위가 넓고 제어하기 어렵다. 또한 특정된 증류분의 액체연료 선택성이 낮기에 피셔-트롭슈 합성 생성물에 대하여 수소첨가 정화 후처리를 수행하여야 한다. 이중 기능 촉매는 C1 화학 연구 분야의 관심사로 되고 있다. 연구팀은 이중 기능 촉매를 설계하여 전통적인 피셔-트롭슈 합성 과정에서 생성물 선택성을 조절하기 어려운 문제를 해결하였다. 2개 연구팀은 피셔-트롭슈 합성 생성물 조절 분야에서 양호한 연구 기반을 보유하고 있다. 왕예 연구팀은 메조포러스 구조 제올라이트 분자체(Molecular sieve)가 특정된 증류분 액체연료의 선택성을 뚜렷하게 향상시킬 수 있음을 발견하였고 춘판리 연구팀은 메조포러스 제올라이트 분자체에 피복된 캡슐 구조 피셔-트롭슈 합성용 촉매가 뛰어난 가솔린 선택성을 보유하고 있음을 발견하였다. 이를 기반으로 연구팀은 Y형 분자체를 담체로 코발트 나노 입자를 탑재하여 이중 기능 촉매를 구축하였으며 이를 피셔-트롭슈 합성 액체연료의 선택성 향상에 이용하였다. 또한 메조포러스 Y 분자체의 산성 변화 및 생성물에 대한 공동구조의 선택성 조절을 구현하여 가솔린, 항공등유 및 디젤유 증류분에 대한 선택성을 74%, 72% 및 58%에 도달시켰다. 전통적인 피셔-트롭슈 합성 기술은 투자 원가가 비교적 높은 대규모 산업에 적합하지만 연구팀이 개발한 피셔-트롭슈 합성 기술은 수소첨가 정화 과정이 필요 없이 직접 고선택성으로 관련 액체연료를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 분리 과정이 간단하여 원가 및 에너지소비를 대폭 절감시킬 수 있기에 분산된 탄전 및 가스전 그리고 투자 원가가 비교적 낮은 중소 규모 액체연료 생산에 적합하다. 해당 합성 기술은 차세대 석탄액화연료 촉매 기술로 될 전망을 보인다. 향후 심층적인 촉매 설계를 통하여 특정된 생성물에 대한 선택성을 향상시켜 생성물 분포를 집중시키고 특히 메탄을 포함한 저탄소 탄화수소의 선택성을 감소시킬 예정이다. 이 외에 이중 기능 촉매의 장기적 안정성에 대한 심층적인 검증이 필요하다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/9/417786.shtm |
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