바이오연료에 대해서는 대부분의 사람이 곡물을 연료로 사용한다는 정도로 알고 있을 것이다. 하지만, 바이오 연료는 곡물뿐 아니라 에너지 이용을 하는 모든 생명체를 연료로써 사용하는 기술이다. 이제 바이오 연료가 어떻게 해서 연료로써 사용될 수 도있으며, 어떤 효율성을 가지기 때문에 비행기에 까지 적용되었는지 알아보고자 한다.
<바이오 연료>
바이오연료는 바이오매스라고도 하는데, 본래는 살아 있는 동식물이나 미생물의 유기물량을 의미하지만, 산업계에서는 유기계 폐기물도 바이오매스에 포함되며 바이오연료로 사용된다.
<자원>
바이오매스 연료로 사용되는 자원으로는 포플러,버드나무,아카시아 등의 나무,사탕수수,고구마, 강냉이 등의 식물과, 수생식물이나 해조류,조류,광합성세균 등이 바이오매스 자원으로 개발되고 있다. 또한, 유기계 폐기물인, 농산폐기물,축산폐기물, 산업폐기물, 도시쓰레기 등도 직접 또는 변환하여 연료화 할 수 있다.
<기본적인 바이오매스 에너지 이용법>
바이오매스를 에너지원으로 이용하는 방법으로는 기본적으로 직접연소법, 메테인발효,알코올발표법 등이 있다. 예를 들면, 생물이 공기가 없는 곳에서 썩으면서 메테인가스가 발생하게 되는 무기호흡이 일어 나는데, 이 때 생성된 바이오가스는 조리용이나 난방용 등의 연료로 사용할 수 있으며, 과거에는 이 방법으로 바이오 연료를 사용하였다. 하지만 현재는 기술의 발전으로 많은 자원들을 발견하였으며, 기술들의 발전으로 자동차, 비행기 연료로도 사용할 수 있을 정도로 발전하여 주목을 받고 있다.
<주목받고 있는 바이오연료 추출,생산 방법>
- 바이오 포밍 : 수용성 탄수화물을 연료로 사용하며, 수용액의 개질(수소와 반응하여 C1~C6 모노옥시화합물을 생성) 공정과 특수 촉매 사용을 통한 탈산소 축합반응을 합하여 합성가솔린을 만든다. 이 공정에는 설탕,글루코스,프락토스,솔비톨,만니톨 같은 수용성 탄수화물만 사용가능하다는 단점이 있으나, 계속되는 원유가의 상승으로 1배럴당 60달러 이상이면 경제성 있는 공정이다. 발효공정으로 2주일이 소요되는 바이오에탄올을 추출하는 방법에 비해, 바이오 포밍은 단 한시간 밖에 걸리지 않는다
- 미생물 이용법 : 유전공학적으로 만든 미생물을 사용해 당을 발효시켜 2-메틸 프로판올(이소 부탄올),1-부탄올,2-부탄올 등 분자 내 탄소를 4개 가진 알코올을 만들고서 정유반응을 거쳐 가솔린을 합성한다. 현재 미국의 듀퐁사와 영국의 BP사가 합작으로 이 방법으로 C4 알코올을 생산할 예정이다./
- 셀룰로오스 열분해법: 가장 획기적인 방법이라고 소개된다. 급속 촉매를 열분해 시켜 직접 방향족 화합물로 전환하는 방법이다. 얻어진 방향족 화합물은 그대로 연료 혼합물 제조에 사용할수 있으며, 수소화 공정을 거쳐 알칸(Alkane)으로 만들어 가솔린으로 바꿀 수 있다. 이 방법은 정제된 셀룰로오스 만이 아닌 나무장작, 사탕수수 줄기 찌꺼기, 옥수수 여물 등을 바이오 매스 원료로 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 뿐만아니라 산업 폐기물 까지도 원료로 사용할 수 있다 하지만, 가솔린과 유사한 탄화수소로 합성하는 기술적인 면에서 다많은 연구가 필요하다.
- 과열증기를 이용한 바이오연료 추출법 : 나고야의 짓센칸쿄연구소에서는 과열증기를 사용하여 비식용 식물인 자트로파의 열매에서 효율적인 바이오연료를 추출하는 장치를 개발했다고 한다. 이 방법은 과열증기를 사용해 식물을 열분해 시키는데, 그로 인해 기화된 유류를 냉각장치를 사용해 냉각하여, 액화 시켜 회수한다. 보통 열분해나 가열을 통해 유류를 얻는 방법은 연료로 만들어 질 때, 높은 온도와 주변의 산소와의 결합으로 인해 연소하기 쉬워 어려운 방법이다. 하지만 이 방법은 과열증기를 이용해 유류 추출기 내부가 거의 무산소 상태가 되기 때문에 연소 가능성은 낮아 진다.
- 마이크로파를 이용한 바이오연료 생산 : 마이크로파란 파장이 100 마이크로에서 1미터이며, 주파수는 300~30000 MHz 이다. 특정 물질에 대해 효율적으로 에너지를 흡수하기 때문에 효과적인 가열이나 에너지 전달이 가능하다. 일반적으로 아는 전자렌지에 응용되고 있는 전파이다. 이 전파를 이용하여, 목질 바이오매스를 액화시키는데, 용매와 촉매 등을 넣고, 목재를 효율적으로 저분자화 할 수 있다고 한다. 반응조건의 조절로 성분의 조절 또한 가능하다고 한다.
