리그닌은 산소-탄소 결합을 통해 형성된 천연 방향족⁴⁾ 고분자로 화학적 구조를 적절히 분해 및 변환하면 현재 석유계 연료로 사용 중인 방향족(톨루엔, 자일렌 등) 및 나프텐족 탄화수소(메틸시클로헥산 등)로 전환이 가능해 탄소중립 원료로 많은 각광을 받고 있습니다.

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그러나 현재까지 연구는 실제 리그닌 오일이 아닌 모델 분자를 사용하거나 회분식 반응기⁵⁾에서 단위 공정별로 1회씩 진행되어 복잡한 성분을 가진 리그닌의 특성을 반영하기 어려웠습니다.

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이에 연구팀은 다양한 연구진과의 협업을 통해(서울시립대-리그닌 열분해 공정 최적화, KIST-고압 연속식 트리클 베드(Trickle bed)⁶⁾ 반응기 설계), 회분식 반응기를 사용했던 기존의 반연속식 연구 방식에서 벗어나 고압 트리클 베드 반응기에서 연속적⁷⁾으로 수첨탈산소 반응을 진행해 리그닌을 탄화수소 연료로 전환하는 공정을 개발했습니다.

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이를 위해 원료 전처리, 촉매 조성, 공간 속도, 온도 등 ​리그닌의 다양한 공정 조건을 스크리닝해 최적의 물성을 위한 조건을 선별했으며, 이 조건에 리그닌 열분해 및 수첨탈산소 업그레이딩 연속 공정을 적용해 실제 석유계 연료와 유사한 물성의 항공유급 방향족 탄화수소를 직접적으로 생산할 수 있었습니다. 모의 증류 결과 항공유는 60%, 디젤유는 40%까지 사용 가능하며, 발열량 또한 >10,000 kcal/kg 정도로 기존 석유계 연료에 근접한 것으로 나타났습니다.

제정호 교수는 이번 연구 결과에 대해 “현재 기술의 상용화를 위해 장시간 연속 운전이 가능하도록 공정 안정성을 향상시키는 연구를 진행 중이다”라며, “버려지는 폐자원인 리그닌으로부터 항공유, 선박유를 생산함으로써 보다 지속가능한 탄소중립 연료 보급이 가능할 것으로 기대​한다”고 밝혔습니다.