2009.06.22 <매일경제>

"석유를 대체하는 석유화학원료 개발에 박차를 가하라."

국제 유가가 다시 배럴당 70달러를 오르내리자 대체에너지에 대한 관심이 살아나고 있다. 특히 석유 대체 원료인 석탄 천연가스 등을 이용한 석유화학 기초 원료 생산공정 개발에 산업계와 연구소 관심이 집중되고 있다.

또 중국과 인도의 경제성장에 따라 일상생활에서 가장 많이 사용되는 플라스틱인 PE와 PP, 합성고무의 주요 원료인 에틸렌 프로필렌 부텐 등 경질 올레핀 수요도 크게 늘어 관련 기술 필요성이 커지고 있다. 더군다나 이들의 주요 원료인 나프타 가격이 원유가격과 함께 오르고 있어 제조 공정의 원가 경쟁력도 크게 도전받고 있다. 이 때문에 나프타 대체 원료에서 경질 올레핀을 만드는 기술 필요성이 커지고 있는 상황이다.

현재 경질 올레핀의 세계 시장 성장률은 연평균 6.5%에 달하고 경질 올레핀을 필요로 하는 신규 수요는 연간 1200만ｔ에 이를 정도로 많다. 또 나프타에서 경질 올레핀을 만들 때는 보통 800~900도 고온으로 가열하는 열분해 공정을 사용하고 있다. 이 때문에 나프타 분해공정은 에너지를 대량으로 사용하는 공정으로 석유화학산업 전체 에너지 소비량의 40% 이상을 차지할 정도로 에너지 낭비와 이산화탄소 배출량이 많다는 문제점을 갖고 있다. 이 같은 문제를 해결하기 위해 2005년 화학연구원 박용기 박사팀은 촉매를 개발해 700도 이하 온도에서도 기존보다 10% 이상 더 높은 수율로 경질 올레핀을 제조할 수 있는 중질 나프타 분해기술을 개발하기도 했다.

수율도 높고 좀 더 친환경적 공정이 주목받고 있는 요즘 가장 주목받는 기술은 메탄올에서 경질 올레핀을 제조하는 MTO(Methanol-To-Olefins) 공정이다.
 
MTO 기술은 석탄, 바이오매스, 천연가스를 원료로 만들어진 메탄올에서 촉매반응을 통해 화학산업에 많이 쓰이는 에틸렌 프로필렌 부텐 등 경질 올레핀으로 만드는 공정을 말한다.

MOT 기술은 석유 대체 원료를 활용해 선택적으로 경질 올레핀을 만들 수 있기 때문에 석유 의존도를 낮추는 동시에 수득률을 높일 수 있고 석유를 이용해 경질 올레핀을 만들 때보다 에너지 소비가 적어 이산화탄소 저감 효과가 커 친환경 공정으로 평가받고 있다.

한국화학연구원 그린화학연구단 석유대체기술연구센터 채호정ㆍ정순용 박사팀은 2006년부터 관련 기술개발에 박차를 가하고 있다.

MTO 공정 핵심은 석유 대체 물질에서 만들어진 메탄올에서 선택적으로 원하는 물질을 합성할 수 있는 촉매 개발과 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 반응기 개발이다. 높은 선택성과 활성을 갖고 있는 SAPO-34라는 촉매가 가장 대표적인데 상업적으로 적용하기에는 강도가 약하고 제조원가가 높다는 단점이 있다.

연구팀은 SAPO-34의 선택성과 활성을 최적화해 우수 성능을 가질 뿐만 아니라 높은 기계적 강도를 갖는 촉매를 경제적으로 제조할 수 있는 기술을 개발해 촉매 상용화에 가장 큰 걸림돌을 제거했다는 평가를 받고 있다. 현재 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 순환유동층(CFB) 반응기가 사용되는데 이를 설계하는 기술은 현재 국내에서 전무한 상태다. 이와 함께 연구팀은 촉매개발과 동시에 CFB 반응기 설계를 위한 기초연구를 수행하고 있다.

정순용 박사는 "MTO 공정은 기술적 잠재력이 매우 높음에도 불구하고 아직까지 상업화되지 않았는데 현재 중국이 실증화 연구를 마무리하고 상업화를 추진 중에 있다"며 "우리나라는 화학연을 중심으로 경질 올레핀 수율을 높일 수 있는 촉매 개발과 반응기 설계, 공정 개발에 박차를 가하고 있는데 내년 정도면 하루 10㎏의 경질 올레핀을 생산할 수 있는 실험용 플랜트가 완성될 것"이라고 말했다.

■ <용 어>

경질 올레핀 : 나프타 분해로 얻어지는 에틸렌 프로필렌 부텐을 말하는 것으로 경질 올레핀은 합성수지 합성고무 알코올 등과 같은 다양한 화학제품 제조에 필수인 석유화학산업 기초 원료다.

[유용하 기자]