저농도 바이오 에탄올 경제적으로 회수하는 기술 개발
저농도 바이오 에탄올 경제적으로 회수하는 기술 개발
  • 문병도 기자
  • 승인 2019.03.19 12:00
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장인섭 GIST 교수 연구팀
저농도의 바이오 에탄올을 증류를 통해 1차 농축 후, 투과증발을 통해 99% 이상 연료용 에탄올 수준까지 최종 농축하는 방법이 제시됐다. <사진제공=GIST>

[뉴스웍스=문병도 기자] 장인섭 광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 교수 연구팀이 기존 기술보다 에너지 효율이 증대된 최적의 저농도 바이오 에탄올 회수, 정제용 하이브리드 공정을 제시했다.

합성가스는 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 기타 불순물로 구성된 가스 혼합물로써 폐목재 및 폐농작물과 같은 유기성 자원들을 가스화하여 생산되는 대체 자원의 일종이다.

합성가스를 미생물에 의한 발효 공정을 통해 바이오 에탄올과 같은 에너지 연료로 전환한다면 폐자원를 재이용하는 동시에, 화석연료 사용 일부를 대체하여 온실가스의 배출을 저감할 수 있다.

합성가스 발효 공정을 통해 생산되는 발효 배양액 상에는 바이오 에탄올이 2%이하의 저농도로 혼합되어 있다.

바이오 에탄올을 에너지 연료 및 화학 산업 원료로 사용하기 위해서는 99%이상의 고농도로 농축이 요구되는데 초기 바이오 에탄올의 농도가 낮을수록 분리, 농축 비용이 매우 증가한다.

합성가스 유래 저농도의 바이오 에탄올을 고농도로 농축하기 위한 경제적인 회수 방법이 필요하다.

합성가스 발효 공정은 가스상 기질을 에탄올과 같은 액상 산물로 전환할 수 있는 새로운 기술로써, 기존의 식량 자원 유래 바이오 에탄올 생산의 상당량을 대체할 수 있고 연료용 에탄올로 사용할 수 있는 신 기술로 떠오르고 있다.

합성가스 발효 공정에서 생산되는 발효 배양액의 바이오 에탄올은 기존의 당발효 공정 대비 5~10배 가량 낮은 농도를 보인다.

현재 사용되는 증류 기반 바이오 에탄올 회수, 정제 공정 운전을 위한 에너지 요구량이 매우 증가하기 때문에 저농도 바이오 에탄올 회수를 위한 최적의 하이브리드 기술 제시 및 경제성 평가가 요구된다.

장인섭 교수 연구팀은 방대한 양의 선행 연구논문 조사를 통해 물-에탄올 분리를 위한 시스템들의 기술적 특성, 에탄올 농도에 따른 기술 경제성 평가를 진행하여 최적의 하이브리드 기술 조합을 비교 및 분석했다.

2% 내외의 저농도 에탄올을 먼저 증류 공정을 통해 약 85% 수준까지 정제한 뒤에 막 기반 투과증발 공정을 이용하여 약 99.7%의 고농도 에탄올로 정제하는 하이브리드 경로가 합성가스 기반 저농도 바이오 에탄올 생산시 경제성 확보가 가능함을 제시했다.

장인섭 교수는 “이 연구를 통해 제시된 저농도 바이오 에탄올 분리, 정제용 하이브리드 기술이 향후 합성가스 발효 공정의 상업화를 앞당길 수 있는 것으로 기대된다” 라고 말했다.

산업통산자원부 산하 한국에너지기술평가원 신재생에너지핵심기술 사업 등의 지원을 받아 수행되고 무하마드 야신 파키스탄 콤샛스 대학 교수, 장누리 GIST 지구·환경공학부 박사과정이 진행한 이번 연구결과는 에너지&연료 분야 상위 5% 이내 학술지 ‘재생, 지속가능한 에너지 리뷰’에 지난달 21일자로 온라인 게재됐다.

장인섭(왼쪽) 교수, 무하마드 야신 교수 사진제공=GIST
장인섭(왼쪽) 교수, 무하마드 야신 교수 <사진제공=GIST>
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