바이오오일은 고품질 화학물질로 이용이 가능하며 차세대 탄화수소 연료와 석유정제업 공급 원료로 사용할 수 있기 때문에 촉망받는 신재생에너지의 하나로 상당한 관심을 받고 있다. 또한 제올라이트는 급속열분해 과정에서 크래킹 반응을 효과적으로 촉진시켜 탈산소 반응을 증가 시키고 탄화수소가 많은 안정된 바이오오일을 만든다. 그래서 본 연구에서는 백합나무 바이오오일 품질개선을 위해 촉매열분해(Control, Blackcoal, Whitecoal, ZeoliteY 및 ZSM-5)를 적용하여 특성을 조사하였다. 바이오오일의 특성 변화를 알아보기 위하여 0.3～1.4 mm 크기의 백합나무 시료 500 g을 465℃에서 1.6초 동안 촉매열분해하여 바이오오일을 제조하였다. 촉매 조건 상태에서 바이오오일의 수율은 Control(54.0%)과 비교하여 Blackcoal(56.2%)를 제외하면, Whitecoal(53.5%), ZeoliteY (51.4%), 및 ZSM-5(52.0%)로 모두 감소했다. 수분 함량이 Control(37.4%)에서 촉매 처리후 37.4~45.2%로 증가함에 따라 발열량((High heating value)은 감소했다. 그러나 다른 다른 바이오오일 특성은 개선되었다. 촉매 적용 결과 바이오오일의 회분과 전산가(TAN)가 감소했고, 특히 수송연료로 중요한 특성인 점도는 Control cP(6,933) 에서 2,578 ~ 4,627 cP로 감소했다. 또한 ZeoliteY는 방향족탄화수소를 생산하고 점도를 개선시키는데 가장 효과적이였다.

본 연구는 폴리스타렌(PS) 수지의 유화공정 효율성 향상을 위해 저온열분해 회분식 반응기를 이용하여, 단일 PS 수지와 Co 및 Mo 촉매를 각각 첨가한 PS 수지를 반응온도(425, 450, 475℃), 반응 시간(20~80분, 15분 간격), 촉매 농도변화에 따른 PS수지의 액화생성물 전환율을 측정하였다. 최적의 열분해 조건은 반응온도 450℃, 반응시간 35분으로 판단되며, 전환된 액화생성물의 주요 성분은 GC/MS 분석결과 스타이렌 및 벤젠유도체가 대부분으로 나타났다. 생성물은 산업통상자원부에서 고시 한 증류성상 온도에 따라 가스, 가솔린, 등유, 경유, 중유로 분류하여 그 수율을 측정하였다. 그리고 45 0℃ 반응온도에서 촉매 사용에 따른 전환율은 Co 촉매 > Mo 촉매 > 무촉매 순이었으며, 생성물 중 가 스, 등유, 경유수율은 Mo 촉매, 가솔린은 무촉매, 중유는 Co 촉매에서 우수한 것으로 나타났다. Co 및 Mo 촉매 혼합 농도별 전환율 및 열분해 생성물 수율은 Co 촉매 100% 사용 시 가장 우수한 것으로 판 단된다.

본 연구는 폴리프로필렌(PP) 수지의 Co 및 Mo 촉매에 의한 반응시간과 농도변화에 따른 저온열분해 액화특성을 파악하고자 회분식 반응기를 이용하여 특정 온도(425, 450, 475℃)에서의 전환율을 측정하였다. 열분해 시간은 20~80분으로 설정하였고 생성물은 산업통상자원부에서 고시한 증류성상 온도에 따라 가스, 가솔린, 등유, 경유, 중유로 분류하였다. 그리고 450℃ 반응온도에서 촉매 사용에 따른 전환율은 모든 반응시간에 있어 Mo 촉매 > Co 촉매 > 무촉매 순이었다. Co 및 Mo 촉매 농도별 PP 전환율 및 열분해 생성물 수율은 Co:Mo=50:50 혼합시 가장 우수한 것으로 나타났다.

HFC-134a는 냉매, 발포제 및 분사제 용도로 사용되며 국내에서는 자동차 에어컨 냉매로 주로 이용되고 있다. HFC-134a는 비이산화탄소(Non-CO2) 온실가스 중 하나로 GWP(global warming potentail, 온난화지수)가 4,300으로 매우 높아 HFC-134a 폐냉매 가스의 적정처리가 요구된다. HFC-134a 처리기술로는 직접 연소법(LNG 연소)과 Plasma 파괴법이 있으며 직접 연소법과 Plasma 파괴법 모두 초기 투자비용이 높고 높은 에너지(온도)가 필요하며, 동시에 처리 과정에서 발생되는 HF로 인한 장치 부식 등의 취약성을 지닌다. 특히 직접 연소법의 경우 분해를 위해 다량의 화석연료가 필요하여 분해 후 배출되는 온실가스 발생량이 높고, Plasma 파괴법의 경우 처리 가스 용량 증가 시 반응기의 크기가 증가함에 따라 Plasma의 밀도가 감소하여 파괴능력이 감소하는 문제점이 있다. 촉매분해법(열분해 및 가수분해)은 직접 연소법과 Plasma 파괴법과 비교하여 낮은 온도에서도 높은 분해효율을 얻을 수 있는 장점이 있으며, 분해로 형성되는 HF를 촉매로 고정할 수 있으나, 주기적인 촉매의 교체와 촉매의 공급단가에 의해 경제성이 크게 의존되는 문제점을 지니고 있다. 그러나 타 공법과 비교하여 매우 낮은 온도에서 운전되기 때문에 연료사용량 및 소비전력을 줄일 수 있는 기술로 평가받고 있다. 촉매열분해 기술은 반응조건(온도, 촉매량 및 공간속도 등)뿐만 아니라 촉매의 성능에 따라 분해효율에 차이를 보이므로, HFC-134a 분해 성능이 우수한 것으로 알려진 Al2O3에 Ni, Fe과 같은 금속을 담지하여 성능을 개선시키는 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 촉매열분해 기술을 활용하여 HFC-134a 분해 특성을 파악하고 Ni, Fe, Cr 및 Co를 담지 특성에 따른 분해효율을 평가하고자 한다.

선택적 촉매환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR)에서는 V2O5 주로 계열 촉매가 주로 상용되어 있으며 높은 NOX 저감효율의 장점을 지님에도 불구하고 300~400℃의 좁은 활성범위를 가지고 있는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 최근 저온 SCR촉매에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 대표적인 카본류 중에서 비교적 가격이 저렴한 산업 및 농업 부산물을 열분해시켜 형성된 바이오매스 Char를 촉매로 활용하는 방안에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 연소공정에서 주로 발생되는 대기오염물질 중 대표적인 물질인 질소산화물(NOX)의 SCR공정에서 반응특성을 고찰하기 위해 Lab-scale 규모의 실험 장치를 구현하였다. 실험에 사용된 음식물 열분해-Char는 600℃ 4시간동안 열분해 후 SCR공정에서 촉매로 활용하여 전이금속담지유무, 온도, 수분유무 등의 실험 조건을 변화시켜 NOX를 효율적으로 처리할 수 있는 조건을 도출하였다. 대상시료의 물리․화학적 특성을 파악하기 위해 공업분석, 원소분석을 수행하였으며, 제조한 촉매의 특성은 질소 흡․탈착법, SEM, ICP, EDX 등을 이용하여 분석하였다. 실험에 사용된 Char의 비표면적은 400 m²/g 이상으로 활성화 전 비표면적보다 100배 이상 증가함을 나타냈다. 실험결과에 따라 전이금속인 Cu를 담지하였을 경우, 담지하지 않은 경우보다 높은 저감효율을 나타냈다. NO의 저감효율은 최고 효율을 보이는 350~400℃ 부근의 영역에서 60% 이상의 저감효율을 보였고 그 이후부터 온도가 증가할수록 감소되는 경향을 나타냈다. 수분을 투입하였을 경우 모든 온도 영역에서 NO 저감효율에 악영향을 미치는 것으로 확인되었으며, 최적 효율대비 약 20%의 차이를 나타내었다. 이는 수분과 NH3와의 경장흡착으로 인해 촉매표면에 NO와 반응에 필요한 NH3의 흡착종이 부족하므로 촉매 표면의 활성저하를 일으키기 때문으로 사료된다.

The chemical kinetics of steam reforming of polystyrene (PS) and polypropylene (PP) pyrolysis oil were studied using a ruthenium-based catalyst. The experiments were performed in a tubular flow reactor at temperatures of 530-680°C, Weight Hourly Space Velocities (WHSVs) of 0.453-7.916 h−1, and different steam and pyrolysis oil gas-phase concentrations. The activation energy of steam reforming of polypropylene oil and polystyrene oil is 136 and 142 kJ/mol, respectively. The reaction orders of polypropylene and polystyrene oils were 0.42 and 0.37, respectively. Conversions of polypropylene and polystyrene oils were 2.0-50.3 and 1.9-45.3%, respectively. Indeed, a Langmuir-Hinshelwood (LH) mechanism requiring the dissociative adsorption of pyrolysis oil and steam at two different sites on plastics appeared to be the most plausible pathway for the steam reforming reaction.

Non-CO2 온실가스인 염화불화탄소(Chlorofluorocarbons, CFCs)와 수소염화불화탄소(Hydro-Chlorofluorocarbons, HCFCs)는 오직 인류의 경제(산업) 활동에 의해 발생하며 인체에 무해하고 안정한 물질이기 때문에 냉매, 분사제, 발포제 등 여러 분야에서 다양하게 사용되었지만 오존층 파괴물질으로 국제협약인 몬트리올 의정서에 의해 생산과 사용이 규제되었다. 이에 대한 대체물질로써 수소화불화탄소(Hydrofluorocarbons, HFCs)와 과불화탄소(Perfluorinated compounds, PFCs)가 개발되었지만 여전히 높은 지구온난화지수(Global Warming Potential, GWP)를 지닌 것으로 알려져 있다. 또한 국내 HFCs 소비량은 꾸준히 증가하고 있는 추세로 HFCs 중 전기･전자제품 및 자동차에 99% 이상 냉매로 사용되는 HFC-134a(1,1,1,2-Tetrafluouroethane, CH2FCF3)는 물리･화학적으로 안정된 난처리성 물질로써 처리 시 많은 에너지(높은 온도)가 필요하며, 강산으로 알려진 불산(Hydrogen fluoride, HF)의 발생으로 처리시설의 부식을 야기시킨다. 이에 따라 HFC-134a의 안정적이고 효율적인 분해 기술 개발을 위한 연구가 필요하다 사료되며 본 연구는 수직형 관형흐름 반응기를 이용한 촉매열분해를 적용하여 촉매별 HFC-134a 분해효율 연구하고, 각 촉매별 열분해 반응 생성물의 비교를 통해 HFC-134a의 촉매열분해 특성을 알아보고자 하였다.

The chemical kinetics of the steam reforming of the pyrolysis oil of polypropylene (PP) over a ruthenium-based catalyst has been examined as a function of pyrolysis oil and steam partial pressures at various temperatures. The activation energy of steam reforming over Ru/Al2O3 catalyst is 136 kJ/mol, and the reaction orders of pyrolysis oil and steam are 0.42 and 0.24, respectively. Fitting the experimental data to the Langmuir?Hinshelwood expression shows that the steamreforming reaction probably proceeds via the dissociative adsorption of pyrolysis oil and steam on two different sites.

임산 폐기물인 폐목재를 포함한 바이오매스(Biomass)는 대체에너지의 한 분야로 전 세계적으로 활발히 연구가 진행되고 있다. 그 중 바이오매스 열분해를 통한 바이오오일이 주목받고 있다. 그러나 매우 높은 산소비율 및 산성을 띄고, 강한 부식성에 화학적으로 불안정한 특징들을 가지고 있다. 석유 대체자원으로서의 단점들을 보완하기 위해 바이오 오일의 고품질화를 통한 원하는 케미컬 물질 향상에 대한 연구가 필요하다. 이에 대한 연구로 촉매적 고품질화가 있으며, 촉매로는 제올라이트가 있다. 하지만 낮은 hydrothermal stability와 높은 가격으로 경제적인 면으로 떨어진다. 이에 metal oxides에 대한 연구를 통해 단점들을 보완 연구가 필요하다. 본 실험은 Semi-batch reactor를 사용한 저속 열분해(slow pyrolysis)공정이며, 이는 낮은 승온률(10℃/min)과 긴 반응시간(40min)반응이다. 실험 전 Feedstock을 65℃, 5일 오븐에 건조시켰으며, 입자크기는 1 mm 내외이다. 고정된 실험조건은 500℃에서 촉매와 폐목재(1:100)를 섞어서 실험하였다. 선정된 촉매는 MeO(Me=Ca, Mg)이며, 바이오오일의 화학적 성분분석을 위해 GC-MS를 이용하였다. 분석 전 전처리 용매(Ethyl acetate)를 사용하였으며, 수분제거는 Na2SO4로 충분히 제거하였다. 실험 결과 회수된 바이오오일의 수득률은 무촉매에서 42 g, 각각 촉매 41 g(Ca), 38 g(Mg)이다. 각 촉매의 영향으로 Phenolic compounds, Furan 등을 분석하여, 바이오 오일의 화학적 질적향상을 평가한다.

신재생에너지의 종류에는 수소에너지, IGCC, 연료전지, 바이오에너지 등 여러 종류가 있지만, 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 에너지는 바이오매스가 유일하다. 바이오매스는 광합성 과정을 통해 체내 이산화탄소를 축적하므로 대기 중의 이산화탄소 농도를 변화시키지 않아 기후변화 완화에 기여를 하고 있다. 바이오오일은 수송용 연료로 사용이 가능하고 그 외에 다양한 화학물질들이 존재하여 화학시장의 새로운 플랫폼이 될 수 있는 자원으로 인식되고 있다. 바이오오일을 만드는 방법은 여러 가지가 있지만 열분해는 가장 간단하면서도 다양한 물질이 생성되어 그 활용가치가 매우 높다. 열분해 후에는 바이오촤, 바이오 오일, 바이오가스가 생성되는데 이번 연구에서는 바이오 촤와 바이오 오일의 분석에 집중하였다. 생성된 바이오오일은 탄화수소 계열 화학물질 외에 다양한 유기화합물이 존재하는데 화학산업의 기초가 되는 유기물질들이 다량 존재한다. 바이오촤는 활성탄으로 사용이 가능하고 석탄을 대체할 연료로 고려되고 있는 단계로 가치가 높게 받아들여지고 있다. 본 연구에서는 목재 펠릿 제조 후 남는 폐 톱밥을 이용하였고 화학 처리는 되지 않았다. ZSM-5 촉매를 사용하여 열분해를 진행하였고, Si/Al ratio가 다른 촉매를 이용하여 최적의 촉매와 조건을 찾아내었다. 촉매와 폐톱밥을 균질하게 섞어 촉매 반응이 원활하게 진행되도록 유도하였고 생성되는 바이오촤와 바이오 오일에 촉매의 영향이 있는지 확인하였다. 대조군으로 무촉매 조건을 두었는데 이 때 온도는 350, 400, 450, 500, 550℃로 변화를 주며 실험을 진행하였다. 촉매 조건에서는 400, 500℃로 실험을 진행하였다. 열분해하여 나오는 생성물을 성상별로 분류하여 고체와 액체 물질이 어느 촉매 조건에서 많이 나오는지 비교하였다. 바이오 촤는 질량비교와 원소분석을 이용하여 분석하였고 바이오 오일은 질량 비교와 GC-MS를 이용하여 분석하였다.

Microwave pyrolysis of SF6 on alumina-based catalyst doped with cerium sulfate was investigated. Silicon Carbide (SiC) used as a microwave susceptor. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD) and the destruction and removal efficiency (DRE) of SF6 was evaluated by GC-TCD. We found that the optimal cerium content was 20wt% at microwave pyrolysis of SF6. The catalysts modified by cerium showed higher DRE at lower reaction temperature compared with original catalysts. The highest DRE of SF6 on CeA (20) was 80% at 600oC reaction temperature and the DRE was up to 95% when the reaction temperature over 700oC. It showed the alumina-based with cerium promotes the removal efficiency of SF6 at a mild reaction temperature. From XRD results, modified catalysts could be higher stability because of no transformation of the crystal phase after reaction.

Tetrafluoromethane(CF4) have been widely used as etching and chemical vapor deposition gases for semiconductor manufacturing processes. CF4 decomposition efficiency using microwave system was carried out as a function of the microwave power, the reaction temperature, and the quantity of Al2O3 addition. High reaction temperature and addition of Al2O3 increased the CF4 removal efficiencies and the CO2/CF4 ratio. When the SA30 (SiC+30wt%Al2O3) and SA50 (SiC+50wt%Al2O3) were used, complete CF4 removal was achieved at 1000℃. The CF4 was reacted with Al2O3 and by-products such as CO2 and AlF3 were produced. Significant amount of by-product such as AlF3 was identified by X-ray powder diffraction analysis. It also showed that the γ-Al2O3 was transformed to α-Al2O3 after microwave thermal reaction.