초록 ▼

□ 연구개요
○ 연구필요성
- 석유자원 고갈 대비 및 온실가스 배출저감을 위해 바이오항공유 필요성이 증가.
- 바이오부탄올의 탈수반응과 n-부텐 혼합물 소중합반응을 통해서 항공유를 제조하는 공정을 바이오항공유 제조공정[alcohol to jet (ATJ)] 공정으로 제안할 수 있음.
- n-부텐 혼합물을 원료로 사용한 항공유 제조용 촉매 개발에 관한 연구가 필요함.
○연구범위
- 고온고압 연속식 고정층 반응시스템 제작 및 운전
- 제올라이트 촉매 screening 및 최적 반응 조건 확립

□ 연구개요
○ 연구필요성
- 석유자원 고갈 대비 및 온실가스 배출저감을 위해 바이오항공유 필요성이 증가.
- 바이오부탄올의 탈수반응과 n-부텐 혼합물 소중합반응을 통해서 항공유를 제조하는 공정을 바이오항공유 제조공정[alcohol to jet (ATJ)] 공정으로 제안할 수 있음.
- n-부텐 혼합물을 원료로 사용한 항공유 제조용 촉매 개발에 관한 연구가 필요함.
○연구범위
- 고온고압 연속식 고정층 반응시스템 제작 및 운전
- 제올라이트 촉매 screening 및 최적 반응 조건 확립
- 촉매의 산특성 및 기공 특성이 반응의 활성과 isomer 선택성에 미치는 영향 규명
- 메조 다공성 부여 및 금속 담지에 의한 촉매 기공 구조와 산도 조절에 의한 고활성 촉매 개발
- 촉매 성형 조건 최적화, 촉매 비활성화 특성 분석 및 재생 기술 개발
- 촉매 시제품 (성형 촉매) 및 항공유 시제품 제조

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 2-부텐과 1-부텐 혼합물을 원료로 사용한 항공유 제조용 고활성 촉매 개발.
- 유사한 반응에 사용된 촉매인 HZSM-5보다 고활성이면서 수명이 연장된 NiO/MMZ_ZSM-5 및 DS-ZSM-5 촉매를 개발하였음.
○ Dodecane 반응활성(Specific activity) 50.0 x 10-2 g/(gcat·h), isomer 선택성 80%, 항공유(C₈-C16) 수율 80%
- Dodecane specific activity: 99.0 x 10^-2 g/(g_cat·h), Isomer 선택성: 89.7%, 부텐 전환율: 83%, 항공유(C₈–C₁₆) 수율: 60%
○ 항공유 시제품 약 100 ml 제조, 어는점 -47 ℃ 이하
- 항공유 시제품 약 120 ml 제조 완료, 어는점 -47 ℃ 이하 달성
○ Pellet형 촉매 시제품 (100 g)
- DS-ZSM-5촉매를 압출 성형하여 pellet형 촉매 100g 이상 제조
○ 특허 출원 2건 이상, SCI급 논문 4편
- 특허 출원 2건 완료, SCI 논문 2편 출판 완료 (2편 심사중)

□ 연구개발결과의 중요성
○ 최근에 항공기 터빈 연료에 대한 국제 표준에 ‘재생 가능한 부탄올로부터 제조한 합성 파라핀계 항공유’가 포함되었으며, 우리나라에서는 GS칼텍스가 2017년에 약 500억원 규모의 바이오부탄올 시범공장을 완공하여, 바이오부탄올로부타 항공유 제조에 관한 연구개발 활동이 활성화되고 있다.
○ 본 연구는 바이오부탄올 탈수 반응 생성물인 부텐 혼합물을 원료로 사용하여 바이오항공유를 합성하기 위한 촉매 개발을 국내에서 최초로 성공적으로 수행했다는데 의미가 있다. 촉매의 기공구조 및 산특성이 항공유 제조 반응 특성에 미치는 영향을 규명하였으며, 이를 바탕으로 촉매 개선 및 신 촉매를 개발하고, 장시간 반응에 의한 촉매 비활성화 분석 및 재생 방법을 선정하였다.
○ 특히 성형 촉매 시제품과 항공유 시제품을 확보하고, 항공유로서의 기본 물성인 어는점 spec.을 만족한다는 사실을 확인했다는데 의미가 크다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구개발의 필요성 ... 4
• 1.2 연구목표 ... 4
• 1.3 연구범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 2.1. 고온고압 연속식 고정층 반응시스템 제작 및 운전, 반응 생성물 identification ... 4
• 2.2. 제올라이트의 산특성 및 기공특성이 반응 활성에 미치는 영향 규명, 최적 반응 조건 확립 ... 5
• 2.3. 금속 담지 메조 기공 고활성 촉매 개발 ... 5
• 2.4. 촉매 비활성화 특성 분석 및 재생 조건 선정 ... 7
• 2.5. 성형촉매 시제품 및 항공유 시제품 제조 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 12