한국화학연구원 경유 대체 연료인 디메틸 에테르 전환을 위한 다기능성 촉매 개발

[아이팍스]

경유 대체 연료인 디메틸 에테르 전환을 위한 다기능성 촉매 개발

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2010-01-07

한국화학연구원의 석유 대체 기술 연구센터(Petroleum Displacement Technology Research Center)의 연구자들이 지르코늄 또는 갈륨에 의해서 촉진된 새로운 다기능성 촉매들을 개발하고 있다. 새로운 촉매는 합성가스를 디메틸 에테르(Dimethyl ether, DME)로 직접 합성하기 위한 뛰어난 촉매 성능과 안정성을 보여준다. 연구팀의 연구 결과가 1월 5일에 발표된 미국화학회의 Energy & Fuels 최신호에 실렸다.

석탄, 바이오매스, 천연가스 등으로부터 생산되는 합성가스를 전환함으로써 생산되는 디메틸 에테르는 경유를 대체할 수 있다. 디메틸 에테르를 기존의 석유 화학 기반의 경유와 비교하면 질소 산화물 배출량이 낮고 스모그 발생이 거의 없다. 합성가스로부터 디메틸 에테르를 생산하는 전통적인 방법은 2단 공정으로써, 합성가스로부터 메탄올을 1차로 합성한 후에 메탄올의 탈수 공정을 통해서 디메틸 에테르를 최종적으로 생산하게 된다.

다기능성 촉매에 기반한 합성가스로부터의 디메틸 에테르의 단일 공정 합성은 단순함으로 인해서 관심을 받고 있다. 또한 1개의 고정층 반응기 또는 슬러리 반응기만을 사용하기 때문에 공정의 비용을 줄일 수 있다고 연구팀을 발표했다. 합성가스로부터 디메틸 에테르의 직접 합성은 3가지 중요한 반응들을 포함한다.
- 일산화탄소의 수소 처리 반응 또는 이산화탄소의 수소 처리 반응에 의한 메탄올 합성
- 메탄올의 탈수 반응에 의한 디메틸 에테르와 물의 생산
- 수성가스 반응에 의한 이산화탄소와 물의 생산을 위한 물과 일산화탄소의 반응

연구팀은 메탄올 합성과 탈수 반응을 통한 디메틸 에테르 전환을 위한 2가지 활성을 동시에 가지고 있는 다기능성 촉매의 사용을 통해서 메탄올 합성 반응과 수성가스 반응이 Cu-ZnO-Al2O3에서 일어나고 γ-알루미나, ZSM-5, 개조 알루미나 등과 같은 고체산 촉매들에 의해서 메탄올 탈수 반응이 일어난다고 말했다.

연구자들은 지르코늄, 갈륨 등의 입자들을 Cu-ZnO-Al2O3 메탄올 합성 촉매에 첨가함으로써 디메틸 에테르의 선택도를 향상시키도록 다기능성 촉매를 개조하였고 비개조된 Cu-ZnO-Al2O3 촉매와 새로운 촉매의 성능을 비교하였다. 개조되지 않은 촉매가 대략 27%의 낮은 디메틸 에테르 전환 수율과 61.1%의 낮은 일산화탄소 전환율을 보여준다. 이에 비해 지르코늄이 첨가된 새로운 촉매는 40.3%의 디메틸 에테르 전환율과 72.3%의 일산화탄소 전환율을 가진다.

연구팀이 개발하고 있는 새로운 다기능성 촉매는 기존의 촉매들에 비해서 높은 일산화탄소 전환율과 디메틸 에테르 선택도를 가진다. 지르코늄, 갈륨 등과 같은 촉진제들은 γ-알루미나의 적절한 산도와 전극 상태를 가지는 구리 종들의 분산에 중요한 역할을 한다. 이는 메탄올 합성과 디메틸 에테르 전환을 위한 높은 속도를 가지도록 도와준다고 연구팀은 발표했다.

http://www.greencarcongress.com/2010/01/kang-20100106.html#more