바이오용 천연 점토 위에 자트로파 오일의 촉매 수소화분해

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13419(2023) 이 기사 인용

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현재, 바이오디젤 및 바이오제트 연료와 같은 고부가가치 바이오 연료를 생산하기 위한 바이오매스의 전환은 엄청난 관심을 불러일으키고 있으며, 서로 다른 비율로 석유 연료를 부분적으로 대체하는 데 사용되는 경우 석유 매장량 고갈 문제와 환경 문제로 인해 유망한 해결책이 됩니다. 목적. 비식용 자트로파 오일은 고압 배치 반응기에서 활성화된 천연 점토를 촉매로 사용하여 수소 압력에서 수소화분해를 거치면 바이오 연료로 전환될 수 있습니다. 반응시간, 온도, 촉매의 종류, 형태, 양 등 공정조건에 따라 제품의 종류와 품질, 수량은 달라집니다. 본 연구는 다양한 작동 조건에서 자트로파 오일의 수소화분해 과정을 연구하는 것을 목표로 합니다. 촉매는 SEM, FTIR, XRF 및 XRD를 사용하여 특성화됩니다. 공정 조건 변화의 영향이 연구되고 논의되었습니다. 결과는 350°C의 온도, 4bar의 H2 압력, 18분의 반응 시간에서 가장 높은 40% 바이오 제트 연료 수율이 달성되었음을 보여주었습니다. 바이오 제트 연료 제품을 테스트한 결과 해당 사양은 ASTM D1655 사양, 즉 어는점(-56°C), 인화점(53°C) 및 존재하는 검 함량(5.9mg/100ml)을 준수했습니다.

전 세계적으로 에너지 수요와 공급에 직면한 몇 가지 과제가 있습니다. 전 세계적으로 석유 연료 소비의 증가는 화석 연료 매장량에 영향을 미칩니다. 2022년 전 세계 일일 총 석유 소비량은 9,956만 배럴에 달했습니다. 추정 석유 매장량은 현재 연간 소비율 2.7%로 계산하면 50년 이내에 고갈될 것입니다 1,2. 또한, 화석 연료 연소로 배출되는 배출물은 지구 온난화와 환경 오염의 큰 원인입니다3,4,5. 환경에 대한 인식, 화석 연료 고갈, 에너지 소비 및 가격의 증가‏는 화석 연료를 대체할 대체 에너지 자원을 찾게 되는 주요 요인입니다4,6,7,8.

재생 가능 에너지원은 온실가스의 영향을 줄이고 SOx, CO, CO2 배출량이 낮다는 측면에서 화석 연료보다 우수합니다9. 대표적인 재생에너지원 기술로는 연료전지, 수력발전, 태양광발전, 지열에너지, 풍력, 바이오연료, 수소생산 등이 있습니다10,11.

바이오제트연료는 재생에너지 및 녹색에너지의 가장 중요한 원천 중 하나로, 가까운 미래에 혼합비율이 높아지면서 화석연료를 점진적으로 대체할 것으로 예상됩니다. 2020년에는 25%, 2030년에는 30%, 2050년에는 50%에 도달할 것으로 예상됩니다12,13,14,15. 바이오연료는 필요한 최종 제품과 공급원료에 따라 다양한 생산 방법을 통해 여러 농업 원료로부터 생산될 수 있습니다16. 이들은 주로 식물성 기름 기반과 바이오매스입니다. 식물성 기름 기반 공급원료에는 식용유와 비식용유, 폐식용유, 자트로파유, 호호바유, 유채유, 피마자유, 미세조류유가 포함됩니다. 바이오매스 공급원료에는 폐기물, 수생 바이오매스, 에너지 작물 및 임산물이 포함됩니다9,10,14,17.

자트로파 커카스(Jatropha curcas)는 비식용 작물 공급원료와 농업 또는 임업 폐기물로 만든 연료인 2세대 바이오연료 생산에 사용하기에 가장 좋은 식물인 것 같습니다18. J. curcas는 비생산적이고 한계가 있는 지역에서 자랄 수 있습니다. J. curcas는 황폐화된 토양에서 자라며 비식량 공급원료로서 농업 생산량과 경쟁하지 않기 때문에 바이오디젤 생산을 위한 재배로 인해 토지 이용에 변화가 발생하지 않습니다. 사막이나 농경지 경계선을 따라 심을 수 있으며, 재배 비용은 첫 해에 크게 발생하며, 재배 재료의 개선으로 수확량에 큰 차이를 만들 수 있고, 자트로파 식물을 키우고 유지 관리하면 일자리가 창출됩니다. 이집트의 자트로파 종자의 연간 생산성은 1차 처리된 도시 폐수 6000m3/사료로 관개된 1년차에 약 1.36톤/사료, 3년차에 3.4톤/사료입니다19. 종자케이크와 같은 오일 추출의 부산물은 퇴비화되어 유기 비료를 생성할 수 있으며, 이는 유기 거름으로 활용될 수 있습니다20. 이는 질소를 함유한 비료로 인해 발생하는 N2O 배출을 낮출 수 있습니다. 마지막으로 J. curcas는 개발도상국이 바이오연료 수요 증가로 이익을 얻을 수 있는 기회를 제공할 수 있습니다21. Jatropha curcas L. 식물은 튼튼하고 해충과 가뭄에 강하며 동물이 먹을 수 없습니다. 주로 열대 국가에서 소, 양, 염소로부터 농업을 보호하기 위한 울타리로 재배됩니다.