열분해오일 (Pyrolysis oil)

목재, 풀, 해조류 등 다양한 바이오매스 자원으로부터 바이오에너지를 생산할 수 있습니다. 목재 성분중 셀룰로오스를 분해하여 포도당(glucose)을 만들고 이로부터 바이오에탄올 연료를 생산한다거나, 미세조류(algae)로부터 기름(유지, lipid)을 짜내어 바이오디젤을 생산한다든지 하는 것들입니다. 이러한 방법들을 통해 양질의 연료를 생산할 수 있지만, 목재에 포함된 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 리그닌(lignin)이나, 미세조류의 세포와 같이 사용할 수 없는 부산물이 생기게 됩니다. 이런 물질들도 높은 탄소 함량을 가지고 있어서 연료로 사용하면 좋을텐데, 바이오에탄올이나 바이오디젤을 생산하는 과정에서는 연료가 될 수 없습니다.

열분해는 특정한 성분과 관계없이 바이오매스 원료 전체를 활용하여 바이오에너지를 생산할 수 있는 방법입니다.

열분해란 산소(공기)가 없는 조건에서 높은 온도(300 – 700 °C)로 바이오매스를 가열하여 작은 분자로 분해하는 방법인데, 500 – 600 °C에서 분해하여 액체 상태의 열분해오일을 생산하거나, 700 °C 이상의 온도에서 분해하여 기체 상태의 합성가스(synthesis gas, 일산화탄소 CO 와 수소 H2 혼합물)를 생산하게 됩니다.

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  여기서는 열분해오일에 대해서만 살펴보면, 바이오매스 열분해오일은 유동층 반응기, 고정층 반응기 등 다양한 기기를 이용하여 생산하게 됩니다.
  
  연속적으로 오일을 생산할 수 있는 유동층 반응기가 널리 사용되고 있는데, 이 반응기에서는 잘게 쪼개진 식물체 조각을 반응기로 집어넣고 500 °C 이상의 높은 온도를 가진 질소(N2) 등 기체 흐름을 타고 2초 이내의 아주 짧은 시간동안 반응기내에 떠다니도록 조절됩니다.
  
  이 시간동안 식물체 조각은 다양한 작은 분자로 분해되고, 이렇게 분해된 물질은 냉각기에 모여서 액체 상태로 얻어지게 됩니다. 분해 과정에서 바이오촤(biochar)라고 불리는 목탄과 유사한 검댕이들이 얻어지는데 이것들은 모아서 고체 연료나 토양 개질제 등의 용도로 사용할 수 있습니다.

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  제조된 열분해 오일은 물, 방향족 화합물, 알코올 등 다양한 물질을 포함하는데, 아쉽게도 산소 원자를 포함하는 분자가 많다 보니 산소를 포함하지 않는 석유처럼 높은 열량을 가지고 있지 않아서 바로 자동차나 비행기 연료로 사용할 수는 없습니다.
  
  또한 산소 원자를 많이 포함하는 화합물은 오랫동안 저장하면 변질되어 연료로서 사용할 수 없는 경우가 많습니다. 따라서, 저장성을 높이고 연료 품질도 높이기 위해 추가적인 화학공정이 필요하게 됩니다.
  
  출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Pyrolysis_oil

자동차 연료와 같은 고급 연료로 바로 사용하기는 어려우나, 약간의 처리를 통해 얻어진 열분해오일은 여전히 난방이나 화력 발전소의 발전용 연료로 사용할 수 있습니다. 이렇게 석유 연료를 대체함으로써 온실가스를 감축할 수 있게 됩니다. 세계적으로 미국 Pacific Northwestern National Laboratory, National Renewable Energy Laboratory와 같은 국립 연구소, 미국 UOP와 같은 기업이 많은 관심을 가지고 관련 연구를 수행하여 상업화에 가까운 기술을 개발했으며, 국내에서는 한국에너지기술연구원, 한국생산기술연구원, 한국과학기술연구원 등 다양한 출연연구소가 서울시립대학교, 서울대학교, 강원대학교, 연세대학교 등 국내 대학과 협력하여 연구를 진행해왔습니다. 또한 (주)대경에스코는 하루 20톤의 바이오매스 원료를 처리할 수 있는 열분해 파일럿 기술을 시험중입니다.