초록 ▼

1. 연구목표
1) 최종목표: 미활용탄소자원으로부터 분리·정제·전환된 C1가스를 원료로 촉매 화학공정을 통해 고부가가치의 기초유분 및 액체연료 직접 제조를 위한 신공정 개발
- 함산소 가솔린/고유동성 디젤 직접 제조용 차세대 GTL 기술 개발
: 선택도 제어용 고성능 촉매 및 공정기술 개발
- 합성가스로부터 고급알코올 제조용 불균일 촉매 개발
- 국내 미활용탄소자원(산업부생가스, 매립지가스 등) 활용 10만톤/연 규모 기초유분 및 액체연료 제조 상용플랜트 공정기술 확보 (pilot 수준 기술검증)
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1. 연구목표
1) 최종목표: 미활용탄소자원으로부터 분리·정제·전환된 C1가스를 원료로 촉매 화학공정을 통해 고부가가치의 기초유분 및 액체연료 직접 제조를 위한 신공정 개발
- 함산소 가솔린/고유동성 디젤 직접 제조용 차세대 GTL 기술 개발
: 선택도 제어용 고성능 촉매 및 공정기술 개발
- 합성가스로부터 고급알코올 제조용 불균일 촉매 개발
- 국내 미활용탄소자원(산업부생가스, 매립지가스 등) 활용 10만톤/연 규모 기초유분 및 액체연료 제조 상용플랜트 공정기술 확보 (pilot 수준 기술검증)
: 미활용 탄소자원 고부가화 기술 국내 track record 확보
2) 2019년도 목표(2단계, 1년차)
- 미활용탄소자원으로부터 액체연료 직접 제조용 차세대 GTL 기술 개발
: Liquid Fuel Time Yield (LFTY)* > 20** (표준화된 지표를 통한 촉매 평가법 개발)
: 100 h 후, 초기 CO전환율 대비 CO 전환율 저감 15% 이하 (높은 안정성을 갖는 원천 촉매 개발)
: CFPP*** 개선 고유동성 디젤 혹은 디젤 첨가제 개발: Isomer/normal 비율> 1.2
: 가솔린 수율 > 45% (합성 액상탄화수소 100% 가솔린 활용 가능 촉매 개발)
: 1L/day 액체연료 생산 벤치규모 시스템 구축
- 미활용탄소자원 유래 합성가스로부터 선택적 방향족화합물제조 촉매 개발
: 방향족화합물 수율 > 30% (Carbon mol% 기준)
* LFTY : 1초동안 활성금속 1 몰당 액체연료로 전환된 CO 몰수 (활성금속 양에 관계없이 표준화)
** 20% 담지촉매가 SV 4,000ml/g/h 합성가스에서 CO 전환율 65%, C_5-20 선택도 75%일 때 LFTY
*** 필터막힘점온도: 디젤이 결정화되어 연료필터를 막는 온도 (세탄가가 높을 경우 겨울에 쉽게 결정화되어 연료필터를 막아 효율을 떨어뜨림, 국내 기준 –18℃)

2. 주요 연구내용
1) 미활용 C1가스 원료 실용가능한 액체연료 선택적 제조 촉매 개발
- 고유동성 디젤 및 가솔린 직접 제조용 원천촉매 개발 (Isomer 비율이 높은 Csub>5-Csub>20 탄화수소, 또는 가솔린 직접 제조용 촉매 개발)
- 분리·업그레이딩 공정을 줄여 기존 공정 대비 공정비용 감소
2) 미활용 C1가스 기반 방향족 화합물 선택적 제조용 원천 촉매 개발
- Syngas to Aromatics(STA) 용 고성능·장수명 촉매 개발
- C1가스 원료 탄화수소 경유 방향족화합물 제조 통합공정 개발

3. 주요 연구개발 결과 및 성과
1) 미활용탄소자원을 활용한 고부가가치 화합물 (BTX), 청정액체연료 직접 선택적 생산용 촉매 확보
- 합성가스로부터 청정액체연료 생산용 heterogeneous 촉매 제조 기술 확보
- 메탄올 플랫폼 화합물로부터 액체연료 생산용 원천 촉매 기술 확보
- 액체연료 제조를 위한 모듈형 3D 구조 원천 제조기술 확보
2) 미활용 탄소자원인 부생가스 활용을 위한 최적 활용 전략 수립
- 매립지가스로부터 청정액체연료 생산 최적 생산경로 개발 및 공정구성 확립
- 매립지가스로부터 청정액체연료 생산 기술 상부 구조 (Superstructure) 제작 및 최적화 모델 개발

4. 활용분야 및 계획
∘ 탄소자원화 기술의 중요한 요소기술 중 하나로 미활용탄소자원의 고부가가치를 위한 원천기술을 개발함으로써 탄소자원화 분야 국내 독자적 라이센스 확보
∘ 국가적 차원의 기후변화대응기술 내 탄소자원화 분야에서 중요 요소기술을 발굴하여 국가 온실가스저감 정책에 적극적으로 기여할 예정
∘ 국내 C1 가스화학기술 연구개발 활성화: 관련 연구분야 활성화의 Role Model 화
∘ 국내 유기성폐자원, 부생가스에서 발생하는 C1가스를 화학제품이나 액체연료로 전환하여 국가에너지안보정책, 온실가스 저감 정책에 기여
∘ 미활용탄소자원 발생 해외 현지 기술 활용 → 고부가가치의 기초유분/액체연료를 제조하는 원천기술 수출

5. 기대효과
∘ 미활용탄소자원 C1가스의 고부가가치화: First-mover형/Fast-follower 형 원천기술의 보유
∘ 화학산업 경쟁력 강화: 미활용 탄소자원 활용 기술 개발을 통한 에너지/환경 규제에 대한 돌파구 모색
∘ 탄소자원화 시장 선점: 미활용탄소자원 활용 플랜트 상업화 가능성(>80%), 탄소자원화 제품 매출증가에의 기여도(100%)
∘ 지자체에서 발생하는 유기성 폐자원(하수슬러지, 음식쓰레기, 바이오가스 등)에 적용하여 폐기물처리에 발생하는 비용을 절감하고, 폐기물로부터 부가가치를 창출하여 지역사회 발전에 기여

6. 차년도 or 2단계 연구계획
* 탄소자원화 연구소 내 주요사업 개편으로 액체연료 및 기초화학제품 제조 세부기술들은 연구원 내 지원 주요사업으로 더 이상 수행하지 않고, 수소제조-저장용 묶음사업에 일부 범위 (수소저장매체 및 부가가치 창출) 포함시키고 정부수탁사업을 통해 수행할 예정임
- 국내 미활용가스자원 (바이오가스, 매립지가스 등) 활용에 적합한 메탄올 생산기술 개발 (환경부 사업 3차년도 수행 예정)
- 국내 미활용 바이오가스 활용 액체연료 직접제조용 3D 구조체 촉매 개발 (차세대탄소자원화연구단 2단계 사업 벤치규모로 수행 예정)

7. 출구전략
∘ 화학연 주도로 탄소자원화 핵심기술인 촉매, 반응기 및 공정기술을 개발-기술정부수탁사업으로 연계-실증 연구를 수행하여 실공정 적용가능 기술 확보
∘ 실용가능 기초원천기술 개발
① 원천기술: First-Mover형 기술선점을 위한 원천기술 확보 연구 (Atomic level simulation을 통한 반응에 영향을 미치는 미시적 영향 탐구-Direct Liquid Fuel, BTX), 3D 프린팅 촉매 제조 원천기술 개발
② Feasibility 기술: 별도의 분리정제가 필요없는 gasoline 직접 생산 기술 개
∘ 확보된 원천기술을 바탕으로 현재 수행 중인 정부수탁사업의 scale-up 사업의 정부 지원 및 기업참여 유도, 실용화 연계
-기후변화대응기술 사업과 연계
: 탄소자원화 분야 최종제품 생산을 위한 요소기술로 원천기술 개발 성과는 세부과제로 연계

(출처 : 요약서 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 2019년 주요사업 연구결과 요약서(소과제) ... 2
• 2019년 주요사업 연구결과 보고서 ... 5
• 1. 연구개발 목표 ... 8
• 가. 최종 연구목표 ... 8
• 나. 당해 연도 연구목표 ... 8
• 2. 주요 연구내용 ... 10
• 가. 과년도 추진경과 ... 10
• 나. 당해 연도 주요 연구내용 ... 10
• 3. 주요 연구개발 결과(연구개발목표의 달성도) ... 12
• 가. Co가 담지된 제올라이트 bifunctional 촉매를 이용한 고유동성 액체연료 제조 ... 12
• 나. 메탄올로부터 액체연료 생산을 위한 중형기공성 촉매 개발 ... 32
• 다. 합성가스로부터 액체연료 직접제조를 위한 원천 촉매/공정 개발 ... 44
• 라. 미활용탄소자원 유래 합성가스로부터 선택적 방향족화합물 제조 촉매 개발 ... 59
• 마. C1가스로부터 방향족화합물 중간체 (올레핀) 생성 최적화 및 직접 방향족 제조 촉매 원천기술 개발 ... 101
• 4. 연구개발의 성과 ... 140
• 가. 과제별 기술성취수준 ... 140
• 나. 정성적 성과 ... 140
• 다. 정량적 성과(건수/금액) ... 140
• 5. 연구성과 활용계획 ... 142
• 6. 기대효과 ... 143
• 가. 과학기술적 관점 ... 143
• 나. 경제적 관점 ... 143
• 다. 사회적 관점 ... 144
• 첨부1) 중장기 연구개발로드맵 ... 145
• 끝페이지 ... 145