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  • SK이노베이션 수상사진
  • 신기술(NET) 인증

HBD, 신기술(NET)인증

기술명
수첨바이오디젤 제조 기술
수상자
SK이노베이션
수상명
신기술(NET) 인증
수상일
2013.12.19
기술개요
수첨바이오디젤 제조 기술 개요
수첨바이오디젤은 식물유나 동물성 지방과 같은 트리글리세리드(Triglyceride)에 수소를 투입하여 지방산(Fatty Acid)으로의 분해반응 및 탈산소(Hydrodeoxygenation) 반응, 이성화반응(Isomerization)을 통해 파라핀 형태로 제조하는 차세대 바이오디젤이다.

오늘날, 시장에서 거래되고 있는 대부분의 바이오디젤은 지방산 메틸 에스테르(Fatty Acid Methyl Ester, FAME)로서, 지방질 원료에 메탄올(Methanol)을 첨가하여 에스테르 교환반응(Transesterification)을 통해 제조한다. 따라서 기존 바이오디젤은 화학적 구조 측면에서 탄화수소가 아닌 에스테르이며, 산소 원자를 함유하고 있어 석유계 디젤과 다량 배합 시 산화안정성이 떨어진다. 현재 국내에서는 시판되고 있는 경유에 2%의 바이오디젤을 혼합하여 판매하고 있는데 7% 이상으로 배합 비율을 증가시킬 경우 엔진 부식이나 노즐 막힘 등의 문제가 발생한다고 보고되고 있다. 따라서 향후 온실가스 규제가 더 강화되어 바이오디젤 혼합 비율이 증가할 경우, 기존 바이오디젤 사용에 제약이 발생하게 되며 석유계 디젤과 더 호환성이 좋은 바이오디젤의 개발이 필요한 상황이다.

반면, SK이노베이션이 자체 개발한 SK-HBD는 파라핀 기반의 수첨바이오디젤로서 석유계 디젤과의 혼합 시 문제가 없을 뿐만 아니라 단독으로 사용해도 우수한 연료 성능을 보이는 프리미엄 바이오디젤로서, 기존 바이오디젤 대비 높은 세탄가와 발열량, 낮은 운점(Cloud Point) 등을 보유하고 있어 향후 수요 증대가 예상되는 유망한 신재생 연료라 할 수 있다.

SK이노베이션의 수첨바이오디젤 제조 공정의 핵심은 탈산소 반응 단계로서 상기 그림 1-1에서 보는 바와 같이 식물유나 동물성 지방에 수소를 투입하여 트리글리세리드 구조를 분해하고 생성된 지방산 내 산소를 물 또는 이산화탄소의 형태로 제거함으로써 탄소수 15~18개 수준의 n-paraffin을 제조하는 것이다. 물질 수지 측면에서 보면 Oil Feed 100을 투입할 경우 SK-HBD가 89 정도 생성되며, 이를 몰 기준으로 다시 환산할 경우에는 수율이 대략 95~98% 수준이다. 두 반응을 모두 거쳐 최종적으로 생산되는 SK-HBD의 세탄가는 80 이상 수준으로 매우 높은 편이며 비점 범위는 270~320℃ 수준으로 기존 석유계 디젤보다 다소 낮은 범위에 속한다. 또한 이성화 반응까지 추가로 수행할 경우 운점을 영하권까지 크게 낮출 수 있어 기존 바이오디젤보다 개선된 저온 유동성을 확보할 수 있다.
주요연구업적
본 SK이노베이션 수첨바이오디젤 제조 기술의 기술적, 경제적 파급효과는 다음과 같다.

첫째, 기술의 핵심적인 부분인 촉매와 공정을 자체적으로 개발하여 국내 바이오디젤 혼합 비율 확대 시에도 외국기술의 도입 없이 능동적으로 대응할 수 있다. 뿐만 아니라 SK이노베이션의 제조 기술은 전 세계적으로도 3번째로 개발한 기술이자 선발업체 대비 보다 뛰어난 성능과 경제성을 보유한 경쟁력 있는 기술이므로, 풍부한 원료를 확보하고 있는 동남아시아 정유사 등을 대상으로 기술을 수출하여 경제적 수익 획득 및 라이센서(Licensor)로서의 입지를 구축할 수 있다.

둘째, 개발된 탈산소 반응 촉매는 동식물유 내 에스테르 결합을 분해하고 산소를 제거하는 역할을 수행하므로 이와 유사한 반응에 도입, 활용될 수 있다. 예를 들어 디메틸테레프탈레이트(Dimethyl Terephthalate) 제조 공정 시 발생하는 다양한 방향족 에스테르 부산물에 대해 본 촉매를 이용해 탈산소 반응을 수행할 경우 저렴한 비용으로 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 방향족 탄화수소를 제조할 수 있다.

셋째, 국내 바이오 연료 분야의 연구개발 활동을 보다 활성화 할 수 있을 것으로 기대된다. SK이노베이션의 제조 기술은 촉매부터 공정 구성까지 모두 순수 국내기술로 개발하였고 실증공장까지 성공적으로 운영하였으므로 국내 바이오 산업계의 Role Model이 될 수 있을 것으로 기대된다.

넷째, 원유가 생산되지 않는 국가로서 동식물유를 통해 석유계 디젤과 완벽히 호환되는 탄화수소 형태의 바이오디젤을 생산하는 기술을 확보함으로써 에너지 안보에 기여할 수 있다. SK-HBD는 기존 바이오디젤과 달리 그 자체로 파라핀 형태의 탄화수소이므로 석유계 디젤과의 혼합 없이 단독으로도 연료로 사용될 수 있다. 따라서 향후 점진적으로 고갈되고 있는 원유 대신 동식물유를 원료로 사용하여 디젤유를 생산하는 기술을 보유하게 됨으로써 전쟁과 같은 유사 시에 원유 없이도 수송용 원료를 확보할 수 있게 되었다는 점에서 그 의미가 크다고 할 수 있다.
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