한국화학연구원, 폐이산화탄소 재활용기술 개발

[산업일보]
이산화탄소 폐자원의 직접적인 활용으로 경제성 개선


한국화학연구원(원장 김충섭)은 최근 국내 최초로 폐이산화탄소(CO₂)를 재활용해 나노형 탈수소 촉매와 스티렌을 제조할 수 있는 신공정을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.
한국화학연구원 화학기술연구부 박상언·장종산 박사팀과 대보공업(대표 박찬우)이 공동으로 과학기술부 중점연구 온실가스 저감기술 개발사업의 일환으로 개발한 이 기술은 석유화학 산화공정에서 배출된 이산화탄소를 추가로 정제하지 않고 직접 재활용하는 에너지 절약형 공정기술로서 이산화탄소 배출저감방법이고 화학공정에 산화제로서 재활용하는 신화학기술로서 의미를 갖는다.

이 기술은 연소 및 공정효율을 개선해 이산화탄소를 저감하는 기존 방법과는 달리 이산화탄소를 화학공정에 직접 투입해 이산화탄소 배출을 억제하고 화학공정의 이산화탄소 폐자원을 직접 활용함으로써 경제성을 크게 개선할 수 있다.
기존의 스티렌공정은 에틸벤젠에서 수소 한 분자를 떼어내는 탈수소과정을 거쳐 생산되므로 600℃의 고온에서 과량의 스팀을 사용해야하기 때문에 분리를 위한 냉각과정에서 스팀의 잠열손실로 인해 에너지 소모량이 많았다. 이 기술은 이산화탄소의 산소원자가 수소를 떼어내어 효과적으로 스티렌을 제조할 수 있고 스팀을 사용하지 않기 때문에 잠열손실에 의한 에너지 소모가 최소화되는 것이 특징이다.

스티렌 공정의 운전을 가능하게 하는 핵심적인 요소는 반응성과 선택성을 유지시켜주는 촉매로서 기존 공정에서는 벌크 형태의 철-칼륨-전이금속 혼합산화물 촉매가 사용중이고 국내에서는 1백억원 규모로 사용촉매의 전량을 수입에 의존하고 있다. 반면 이 기술은 철산화물과 조촉매가 고분산된 나노향 탈수소촉매를 사용해 효능이 극대화될 수 있었다.
나노형 탈수소촉매는 철산화물 활성성분과 선택성을 도와주는 조촉매가 나노 크기로 분산됨으로써 이산화탄소 산화제 작용이 촉진되어 스티렌 제조공정의 화학평형이 개선되었고 이에 따라 기존 공정에 비해 스티렌 수율이 10% 이상 향상되거나 반응온도가 50℃ 이상 저감되는 결과를 얻었다.


<한국화학연구원은 국내 최초로 폐이산화탄소를 재활용해 나노형 탈수소촉매 및 스티렌을 제조할 수 있는 신공정을 개발했다. 사진은 스티렌 모노머 제조용 나노촉매>


이번 기술개발은 석유화학 단지의 산화공정 플랜트에서 배출되는 이산화탄소를 스티렌 제조공장에 투입, 활용할 경우 이산화탄소 재활용에 의한 연간 58만톤 감소, 에너지효율 30% 절감, 10%의 원가절감 효과를 얻을 것으로 기대된다.
한편 본 연구팀은 2000년에 「이산화탄소 산화제 활용 에틸벤젠 탈수소촉매 및 신공정」에 대한 미국특허 2건을 등록했고 한국, 일본에 3건의 특허를 출원했다.