에너지와 기후 문제의 해법으로 떠오른 수소가 화석연료 시대를 넘어 수소경제를 이끌 친환경에너지원으로 주목받고 있습니다. 하지만 수소를 생산하는 방법과 저장, 운반 과정까지 모두 친환경이 되려면 풀어야 할 숙제가 많은데요. 한국에너지기술연구원 박주형 박사는 지속가능한 원료인 바이오매스를 이용해 고농도/고수율의 포름산 제조 기술을 개발해 저장성을 높이고 친환경 생산 방법을 동시에 개선한다는 포부를 밝혔습니다.

우리나라는 화력발전소에 사용되는 석탄을 대부분 수입에 의존하고 있고, 가격적인 측면에서 호주의 고급석탄과 인도네시아의 저급석탄을 혼합하여 사용하고 있습니다. 저급석탄은 미세기공에 함유한 수분이 많고 발영량이 낮아 동일 전력생산을 위해 고급석탄에 비해 더 많은 양을 사용하게 됩니다. 석탄 사용량이 증가한든 것은 화력발전소의 이산화탄소와 미세먼지 발생이 증가한다는 의미와 같습니다.

제가 대학원에 진학하였던 약 10년 전에는 많은 연구자들이 이러한 화력발전소의 저급석탄 사용으로 인한 이산화탄소 발생을 줄이기 위해 노력했는데요. 당시 제가 속해 있던 에너지연 청정연료연구실은 저급석탄 기공에 있는 수분을 당밀, 사탕수수, 글리세롤과 같은 액상 바이오매스로 대체하고 건조/탄화시켜 고급석탄 수준으로 고품위화하는 연구를 수행해 왔습니다.

저급석탄을 고품위화한 '하이브리드석탄'을 사용한다면 석탄사용량 감소로 발전소의 비용은 물론, 이산화탄소 및 미세먼지 배출을 줄일 수 있습니다. 그런데 고품위화 석탄의 탄소전구체로 사용되는 액상 바이오매스 생산 실험 도중, 바이오매스 열수반응을 통해 수소저장체로 활용 가능한 포름산이 낮은 농도로 생선하는 것을 발견했습니다. 포름산 농도와 수율을 높여 수소저장체로 활용한다면 수소경제의 문제로 지적되는 화석연료기반 공정과 물리적 수소 저장 방법을 개선할 수 있을 것으로 생각됩니다.

포름산은 흔히 개미산으로 알려진 물질입니다. 독성이 거의 없고 높은 수소 저장 밀도, 상온 탈수소화 특성이 있어 유망한 수소저장체로 꼽힙니다. 또한 포름산을 사용하면 기존의 원유 인프라를 그대로 사용할 수 있습니다. 이번 연구를 통해 지속가능한 원료인 농업 부산물과 나무 계통의 바이오매스로부터 고농도/고수율의 포름산을 제조하는 기술을 개발하고자 합니다. 이는 수소경제 시대의 기반기술이 될 수 있을 것입니다.

포름산 효율을 높이기 위해 1~3년차년도는 국내외 바이오매스를 적용해 랩규모에 최적화된 포름산 생산 기술을 대발하고, 3차년도에는 고농도/고순도 포름산 용액 생산을 위한 전처리 기술 적용 및 다양한 정제 기술을 적용하고 평가할 예정입니다. 4~5년 차에는 공정 부산물을 활용해 연계 공정을 개발하고, 제안 공정의 경제성 및 이산화탄소 저감 효과를 분석할 계획입니다.

출처: 한국연구재단 웹진

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