리그닌을 제트 연료로 바꾸는 촉매

(Containers are of poplar biomass (left), the extracted lignin oil, and the resulting sustainable aviation fuel. Credit: National Renewable Energy Laboratory)

리그닌 lignin은 식물, 특히 목재에 풍부한 물질로 세포벽을 튼튼하게 유지하고 세포 사이를 접착하는 역할을 합니다. 목재에서 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스와 함께 단단함을 유지하는 역할을 하는 물질이기도 합니다.

하지만 펄프 등 다른 가공품을 만들고 나면 리그닌은 필요 없는 부산물에 지나지 않습니다. 분해해서 다른 유용한 물질로 만들기 어렵기 때문에 대부분은 바이오 연료로 태워 버립니다. 이렇게 태워지는 리그닌이 많기 때문에 과학자들은 이를 더 유용한 물질로 만드는 연구를 진행 중입니다.

미국 국립 재생에너지 연구소, MIT, 워싱턴 주립 대학(National Renewable Energy Laboratory (NREL), the Massachusetts Institute of Technology (MIT), and Washington State University)의 과학자들은 리그닌에서 제트 연료를 생산할 수 있는 촉매를 개발했습니다.

지속가능한 항공 연료 sustainable aviation fuel (SAF)는 바이오 연료 등 여러 가지 방법으로 만든 기존의 항공유와 비슷한 친환경 대체 연료로 현실적으로 전기 비행기로 대체가 힘든 항공 산업에서 탄소 중립의 중요한 수단으로 생각되고 있습니다.

따라서 리그닌을 더 유용한 제트 연료로 만들기 위해 산소를 환원시키는 공정이 연구되었지만, 제트 연료 수율이 0.5%에 불과할 정도로 낮은 데다 값비싼 희토류 원소가 들어간 촉매를 사용한다는 문제가 있었습니다. 연구팀이 개발한 촉매는 쉽게 구할 수 있는 몰리브덴 소재로 지속적인 방향족 연료 전환이 가능합니다.

SAF라고는 해도 사실 실제 항공유를 100% 대체하기는 어려워서 기존의 연료와 혼합하는 경우가 대부분입니다. 리그닌은 기존의 SAF에 부족한 방향족 화합물이 풍부해 이런 부분을 보완할 수 있습니다. 다만 연구팀이 개발한 촉매도 전환율이 1% 수준으로 상업적인 공정이 가능하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 지금은 가치가 낮은 부산물에 불과한 리그닌이 새로운 변환 공정을 통해 지구를 살리는 친환경 항공유로 재탄생할 수 있을지 주목됩니다.

참고

https://techxplore.com/news/2022-09-catalytic-lignin-enable-sustainable-aviation.html

Michael L. Stone et al, Continuous hydrodeoxygenation of lignin to jet-range aromatic hydrocarbons, Joule (2022). DOI: 10.1016/j.joule.2022.08.005

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