간단하고 저렴한 전처리 방법은 폐목재 바이오매스를 기반으로 한 지속 가능한 항공 연료(SAF)의 가격을 근본적으로 낮춰 화석 기반 제트 연료와 비용 경쟁력을 갖추면서 배출량을 최대 80%까지 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
SAF는 완벽한 친환경 항공 솔루션이 아닙니다. 실제로 아직 완벽한 솔루션은 존재하지 않습니다. 제트 연료 대신 SAF를 사용하면 여전히 이산화탄소가 발생하지만 더 깨끗하게 연소하면서 황과 입자 배출을 크게 줄이면서 3% 더 많은 에너지를 생산하는 더 순수한 연료입니다. 이는 석유 추출 및 정제 공정에서 발생하는 전체 배출 비용을 없애고, 사용된 공급 원료에 따라 제트 엔진을 개조할 필요 없이 순탄소 마이너스가 될 수도 있습니다.
바이오 연료와 달리 2세대 SAF는 옥수수, 사탕수수, 대두 또는 기타 식량 작물을 사용하지 않습니다. 이는 토지와 물의 끔찍한 낭비입니다. 대신, 목재 잔여물, 사탕수수 사탕수수, 옥수수 대, 기타 제분 작업에서 발생하는 값싸고 풍부한 폐기물과 같은 원자재가 사용됩니다.
캘리포니아 대학교 리버사이드(University of California, Riverside) 연구원들은 문제가 식물 세포의 핵심 구조 구성 요소인 리그닌에 있다고 믿습니다. 리그닌은 질기고 신축성이 있어 나무에 힘을 주지만 특히 단단한 목재를 작업할 때 연료용 바이오매스에서 탄소를 추출하는 것을 어렵게 만듭니다. 실제로 많은 기업에서는 열과 전기를 얻기 위해 리그닌을 직접 연소하는 방법을 선택합니다. 이 과정은 경제적으로는 합리적이지만 환경적인 관점에서는 절대 바람직하지 않습니다.
그러나 캘리포니아 대학교 리버사이드 연구팀은 방정식을 크게 바꾸는 전처리 방법을 개발했습니다. 연구팀은 바이오매스 전처리 과정에서 물에 테트라히드로푸란(THF)을 첨가하고 묽은 산을 첨가함으로써 바이오매스 내 리그닌과 당분을 활용해 연료를 생성하면서도 전체적인 효율을 크게 높일 수 있다는 사실을 발견했다.
결과: 폐기물 바이오매스는 항공에 더 많은 이점을 가져올 수 있습니다. 옥수수대를 사용하면 연료 생산량이 18% 증가할 수 있으며, THF 전처리를 사용하면 건조 공급원료 1톤당 가솔린 등가량이 44갤런(167리터)에서 51.8갤런(196리터)으로 증가합니다. 리그닌 함량이 높은 질긴 포플러 목재의 경우, 건조 원료 1톤당 휘발유 환산 생산량은 75.9갤런(287리터)에 달하며, 이는 전통적인 공정으로 옥수수 줄기에서 추출한 휘발유 환산의 거의 두 배에 해당합니다.
무엇보다도, THF 전처리 화학물질은 SAF 공장에서 이미 처리되고 있는 바이오매스 당으로 만들 수 있기 때문에 비용이 저렴하고 특히 구하기 쉽습니다.
GlobalAir는 이 보고서 작성 당시 미국 Jet-A 평균 가격을 갤런당 6.45달러, SAF 평균 가격을 갤런당 9.28달러로 인용했습니다. UC Riverside 팀은 CELF(공용매 강화 리그노셀룰로오스 분별) 생산 공정의 비용이 갤런당 3.15달러에 불과할 것으로 계산했습니다.
이는 80% 청정 제트 연료의 가격이 일반 제트 연료 가격의 절반이라는 의미입니까? 아니요; 생산 비용에는 운송, 물류, 비즈니스 비용 또는 이익이 고려되지 않으며 화석 연료 가격은 여전히 거대한 규모의 경제로 인해 이익을 얻습니다. IndexMundi에 따르면 2021년 11월 국제에너지기구(IEA)는 화석 연료 생산 비용을 갤런당 1.14~3.03달러로 추정한 반면, 당시 변동성이 큰 원자재는 갤런당 2.19달러에 판매되었습니다. 말할 것도 없이 다양한 바이오 연료 크레딧과 같은 고려해야 할 요소가 있으므로 가격에 대한 궁극적인 영향을 판단하기는 어렵습니다.
그러나 그것이 말하는 대로 이루어진다면, 이 개발은 분명히 폐목재를 더 잘 활용하고 SAF 가격을 크게 낮출 것입니다. 가격은 이 기술을 채택하는 데 있어 주요 장애물이기 때문에 이는 지속 가능한 운송 분야에서 큰 도약이 될 것입니다.
연구 동료이자 리버사이드 팀의 리더인 찰스 카이(Charles Kai)는 보도 자료에서 "나는 영향력을 미치고 싶었기 때문에 10여년 전에 이 작업을 시작했습니다."라고 말했습니다. "저는 화석 연료에 대한 실행 가능한 대안을 찾고 싶었고 동료들과 저는 그렇게 했습니다. CELF를 사용하여 우리는 바이오매스와 리그닌에서 비용 효율적인 연료를 만들고 대기로의 탄소 배출을 억제하는 데 도움이 된다는 것을 보여주었습니다. 리그닌 활용은 가장 경제적이고 환경 친화적인 방식으로 바이오매스에서 필요한 것을 추출하는 데 핵심입니다. 바이오매스에서 리그닌과 당을 더 잘 활용할 수 있는 공정을 설계하는 것은 이 분야에서 가장 흥미로운 기술적 과제 중 하나입니다. 필드."
팀의 연구 논문은 에너지 및 환경 과학 저널에 게재되었습니다.