바이오부탄올은 우수한 연료 물성과 기존 연료 인프라를 그대로 사용할 수 있는 장점을 가진 차세대 바이오연료이다. 하지만, 전통적인 바이오부탄올 생산 기술은 낮은 발효 수율과 생산성 그리고 낮은 농도와 이에 따른 높은 분리에너지 비용 등의 기술적 한계를 가지고 있어, 상업화를 위해서는 이러한 한계를 극 복할 새로운 기술 개발이 요구되고 있다. 최근 새로운 발효, 분리 공정 기술의 개발, 적용을 통해 기존 기술의 한계를 극복하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있으며, 투과증발기술은 유망한 대안 중 하나로 평가받고 있다. 본 발표에서는 바이오부탄올 생산기술 개발에 있어 투과증발 기술의 적용, 연구 사례를 공유하고자 한다.

소수성, 고무상 고분자인 polydimethylsiloxane (PDMS) 소재를 대상으로 치밀한 단일막과 복합막을 제조하였으며 이들을 이용한 투과증발법을 통해 바이오부탄올을 농축하는 실험을 수행하였다. 바이오부탄올 회수를 위해 1∼5 wt%의 부탄올이 함유된 모델 수용액을 대상으로 조업온도(20∼40℃)와 막두께(1∼100 μm)를 변화시키면서 PDMS막의 투과증발 특성을 조사하였다. 100 μm 두께 PDMS 단일막의 경우 공급부탄올의 농도가 증가할수록 포집된 부탄올의 농도, 선택도, 투과도가 증가하였다. 이러한 결과는 물보다 부탄올에 대한 PDMS 소재의 친화성과 막 사슬 내의 큰 자유부피(free volume)로 부탄올에 대한 확산저항이 적기 때문에 부탄올에 대한 선택도와 투과도가 높은 것으로 파악되었다. 조업온도를 20∼40℃로 증가시키며 투과증발특성을 조사한 결과, 온도의 상승에 따라 포집된 부탄올의 농도, 선택도, 투과도 모두 증가하였다. PDMS막의 두께가 100 μm에서 1 μm로 얇아질수록 포집된 부탄올의 농도와 선택도는 감소하였으며 투과도는 증가하는 경향을 보였다.