초록 ▼

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
◦ 본 과제의 최종 목표는 수소의 저장성 확보와 수소 경제 활성화를 위해 친환경 원료 물질인 미활용 초본계 및 목본계 바이오매스로부터 액체 유기물 수소저장체(liquid organic hydrogen carrier, LOHC)인 포름산 생산의 원천 기술을 확보하는 것임.

◼ 전체 내용
‣ 국내외 다양한 미활용 바이오매스로부터 LOHC인 포름산을 효율적/고수율/고농도로 생산하기 위한 원천 기술 개발
- 국내외 다양한 미활용 바이오매스 선정 및 기초 물성 분석(산림

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
◦ 본 과제의 최종 목표는 수소의 저장성 확보와 수소 경제 활성화를 위해 친환경 원료 물질인 미활용 초본계 및 목본계 바이오매스로부터 액체 유기물 수소저장체(liquid organic hydrogen carrier, LOHC)인 포름산 생산의 원천 기술을 확보하는 것임.

◼ 전체 내용
‣ 국내외 다양한 미활용 바이오매스로부터 LOHC인 포름산을 효율적/고수율/고농도로 생산하기 위한 원천 기술 개발
- 국내외 다양한 미활용 바이오매스 선정 및 기초 물성 분석(산림 목질계 바이오매스, 대나무, 옥수수대, 케나프 등 선정)
- 포름산 전환 최적 조건 도출(현 150℃ 이상, 30bar O₂ 가혹한 조건 -> 100℃ 미만, 상압 조건 개발)
- 미활용 바이오매스 이용 세계 최고 수준의 포름산 전환 수율 달성(현glucose 이용 포름산 수율 85%, 미활용 바이오매스 이용 포름산 수율 없음 -> 미활용 바이오매스 이용 65% 포름산 수율 달성 목표)
◦ 연구 범위
‣ 연구기간 : 2021.03. ~ 2026.02. (3+2년, 총 5년)
‣ 바이오매스 선정 : 국내 및 해외(중국, 베트남, 인도네시아 등)에서 쉽게 수집 가능한 산림 목질계 바이오매스, 대나무, 옥수수대, 케나프 등의 미활용 바이오매스를 선정
‣ 바이오매스 전처리 방법 : 바이오매스의 가수분해/산화 반응
‣ 전처리 촉매 선정 : 공급이 용이하고 경제성을 고려한 산/염기 촉매 및 산화제 선정(예: 구연산, H₂O₂)

◼ 1단계
❏ 연구 목표
◦ 포름산 생산수율 : 55mol%(목질계), 35mol%(초본계)
❏ 연구 내용
◦ 국내․외 바이오매스 특성 분석
◦ 다양한 촉매 성능 평가
◦ 운전 변수 고려 최적 운영 조건 도출
◦ 포름산 수율 향상을 위한 전처리 기술 개발
◦ 포름산 용액 정제 기술 선정 및 적용성 평가

◼ 2단계
❏ 연구 목표
◦ 포름산 생산수율 : 65mol%(목질계), 45mol%(초본계)
❏ 연구 내용
◦ 전처리(리그닌 제거), 온화한 반응조건 등 세계최고수준의 바이오매스 기반 포름산 생산 수율 달성
◦ 공정 부산물 활용 방안 마련
◦ 바이오매스 기반 포름산 용액 사용 탈수소 실험 수행
◦ 경제성 및 탄소 저감 효과 분석

□ 연구성과
◦ 국내․외 다양한 미활용 바이오매스 특성(구조, 성분 등) 분석 완료
◦ 다양한 산/산화제 활용 바이오매스에서 포름산으로 전환 성능 평가 완료
◦ 운전 변수(온도, 반응시간 등) 고려 최적 운영 조건 산출
◦ 환경성․경제성을 고려한 바이오매스 기반 포름산 전환 공정 개발 완료
◦ 포름산 전처리(기계적 촉매 해중합 방법) 기술 개발 및 포름산 수율 향상
◦ 극성 비양성자성 용매 및 알코올류 등 첨가제의 포름산 수율 영향 평가
◦ 포름산 정제 기술 조사 및 탈수소 촉매 적용 실험 수행
◦ 포름산 생산 수율 정량적 목표 달성(포름산 수율 : 55.90mol%(목질계), 42.38mol%(초본계))
◦ SCI 논문 1건 게재
◦ 관련 연구 학회 발표 5건
◦ 관련 연구 특허 등록 2건
◦ 연구재단 및 한국에너지기술연구원 인터뷰
◦ 대한민국 국회환경포럼 표창

□ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과
◦ 기술적 측면
‣ 재생에너지원인 미활용 바이오매스 기반 수소저장체 생산 국내 원천 기술 확보.
‣ 기존 화석연료(가스화 및 수증기 개질법) 및 바이오매스 기반 수소 생산 방법(가스화)에 비해 매우 낮은 온도에서 수소 생산이 가능하여 에너지 효율 향상 가능.
‣ 수송 및 저장 관련 기존 석유 기반 인프라 활용으로 신규 수소 인프라 확대가 필요 없음.
‣ 제안 공정은 탄소 중립 원료인 바이오매스를 이용함으로써 국내 이산화 탄소 저감에 선도적인 기술이 될 것으로 기대됨.
◦ 사회적 측면
‣ 우리나라의 온실가스, 미세먼지 감축 목표 달성 및 에너지 관련 정책(수소 경제 활성화 로드맵 및 한국판 그린뉴딜 등) 대응 가능.
‣ 수소경제 활성화로 온 국민이 깨끗한 에너지 사용, 신성장동력으로 경제 성장, 에너지안보 확보에 기여.
‣ 본 기술개발로 최근 추진하고 있는 신남방국정책에 기여하고 해당 국가에 기술이전 및 이산화탄소 거래 활성화 가능.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 11
• 1) 연구수행 결과 ... 11
• 2) 목표 달성 수준 ... 11
• 3) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4) 중요 연구변경 사항 ... 12
• 4. 연구성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 12
• 5. 연구성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 다음 단계 연구계획 ... 13
• 1) 연구 목표 및 내용 ... 13
• 2) 연구 추진전략 ... 13
• 3) 연구 추진일정 및 기대성과 ... 14
• 4) 다음 단계 연구비 사용계획 ... 14
• 5) 연구 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 14
• Reference ... 45
• 끝페이지 ... 47