음식물 쓰레기로 에틸렌 만든다

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 하정명 박사팀이 음식물쓰레기를 이용해 에틸렌을 생산하는 기술을 개발했다.

현재 음식물쓰레기로 단순히 난방용 바이오가스를 생산하기보다는 화학제품 원료로 쓰이는 고부가가치 에틸렌을 만들 수 있게 돼 탄소중립에 도움이 될 전망이다.

연구진은 바이오가스에 포함된 메탄가스로 에틸렌을 생산하면서 독성 물질인 황화수소를 없애는 공정 기술과 촉매를 개발했다.

하정명 박사는 "바이오가스를 단순히 난방용으로 사용하기보다 화학산업의 원료로 사용한다면, 바이오가스 생산 업체는 더 큰 시장을 갖게 되고, 탄소중립을 위해 노력하고 있는 국내 화학 기업들에게는 온실가스 배출 없는 새로운 원료를 제공할 수 있을 것"이라고 설명했다.

음식물 쓰레기, 가축 분뇨, 하수 슬러지 등으로 미생물을 이용해 생산하는 바이오가스는 다량의 메탄가스를 포함하고 있어 발전, 난방, 도시가스 혼합 등의 저가 에너지 용도로 사용되고 있다.

그런데, 메탄가스는 화학 반응을 통해 산업의 기초 원료인 에틸렌으로 전환하면 더 큰 부가가치를 창출할 수 있다. 이러한 에틸렌 생산 방식은 석유를 사용하지 않아 온실가스를 줄일 수 있다.

연구진은 먼저 촉매를 사용해 바이오가스로부터 에틸렌을 생산하는 공정 기술을 지난해 개발했다. 바이오가스에는 유용하게 사용할 수 있는 메탄가스 외에도 황화수소가 다량 포함돼 있다. 이 황화수소는 정제 과정에서 제거가 어려운 불순물이며, 에틸렌 생산과정에서도 촉매 반응을 방해하는 독성 물질이다. 연구진이 개발한 기술은 생산과정에서 황화수소를 제거해 에틸렌이 원활하게 생산되도록 했다.

연구진은 뒤이어 바이오가스뿐만 아니라 메탄에서 에틸렌을 생산하는 공정에서 황화수소에 대한 저항력이 높고, 반응 활성이 향상된 촉매 또한 개발했다. 이 촉매는 황화수소에 대한 저항력이 높아 바이오가스 내 황화수소 제거공정이 필요 없다. 반응 활성이 향상돼 운전온도를 800도에서 700도로 100도 낮춰 운전에 필요한 에너지를 줄일 수 있다.

이를 통해 황화수소가 포함된 바이오가스에서도 에틸렌을 직접 생산할 수 있게 됐다.

하정명 박사는 "이 기술은 바이오가스뿐만 아니라 플라스틱 등 다양한 폐기물로부터 얻어지는 메탄가스 또한 활용할 수 있어서 관련 기업들의 관심이 집중될 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 촉매 분야의 국제학술지 '응용 촉매 B : 환경(Applied Catalysis B: Environmental)' 2021년 10월호와 에너지 분야의 국제학술지 '인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치(International Journal of Energy Research)' 2021년 12월 호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자