낮은 올레핀 및 지속 가능한 항공 연료 (SAF)를위한 토토 사이트 기술 (co₂

지속 가능한 재료 및 연료 생산을 위해 토토 배팅 사이트를 올레핀을 낮추고 SAF로 촉매 변환 | 기술 정보 | 기술 | IHI Corporation

Kamata Hiroyuki, Mizukami Noritaka, Hashimoto Takuya, Tsujikawa Jun, Sato Kentaro

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Kamata Hiroyuki, 주요 물리학 및 화학 그룹, 기술 개발 본부 기술 인프라 센터, 물리 및 화학
Mizukami Noriki, 기술 개발 본부 기술 인프라 센터 물리 및 화학 그룹
Hashimoto Takuya, 기술 개발 본부 기술 인프라 센터 물리 및 화학 그룹
Tsukagawa Jun Ihi Asia Pacific Pte. Ltd. 지역 혁신 솔루션 부서 관리자
SATO KENTARO IHI ASIA PACIFIC PTE. Ltd. 지역 혁신 솔루션 부서 박사 (Science)

회수 된 CO2를 귀중한 재료로 변환하는 탄소 재활용은 지구 온난화의 주요 원인 인 CO2 배출량을 줄이고 탄소 중립 사회로 이동하는 데 중요한 옵션입니다. IHI 그룹은 CO2 및 수소의 촉매를 사용하여 수지 및 플라스틱을위한 원료 인 낮은 올레핀 및 지속 가능한 항공 연료 (SAFS)를 토토 사이트하는 과정을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 탄소 발자국을 줄일 수있는 이러한 기술이 사회에서 구현되어 탄소주기를 달성하고 있으며, 이전에 어려운 것으로 간주되었던 화학 원료 및 액체 연료 분야의 탄소 중립성의 발전에 기여할 것입니다.

지구 온난화를 완화하기위한 탄소 중립 사회를 실현하기 위해, COS가 포착되어 유용한 화학 물질과 연료로 전환되는 탄소 재활용은 우리에게 중요한 옵션입니다. IHI Group은 현재 수지 및 플라스틱 생산을위한 올레핀을 더 낮은 올레핀으로 변환하는 기술을 개발하고 지속 가능한 항공 연료 (SAF)의 선구자로서 전용입니다. 탄소 발자국이 낮은 기술은 화학 생산 및 액체 연료 분야에서 COS 배출량을 크게 줄일 수 있습니다. IHI Group은 해당 기술의 배치에 대한 노력을 계속할 것입니다.

1. 소개

기후 변화 위기를 극복하려면 온실 가스 배출량을 줄이고 2 ° C 이하의 온도를 산업 혁명 전과 비교하여 최대한 1.5 ° C로 늘려야합니다⁽¹⁾. 현재 지구 온난화의 원인 인 CO2는 전세계 탄소 표준으로 배출되며, CO2는 화석 자원에서 9.4 gt-C/Y에서 파생되어 전체의 약 85%를 차지합니다. 반면, 대기 중의 CO2는 각각 2.5 gt-c/y 및 3.4 gt-c/y의 양으로 바다와 육상 지역에 흡수됩니다. 대기 중 CO2의 증가는 약 5.1 gt-C/Y이며, 배출량의 흡수량을 뺀 값으로, 시간이 지남에 따라 CO2 농도의 증가 원인 ⁽²⁾ . 화석 자원의 사용에 의해 방출 된 이산화탄소를 줄이고 배출량과 고정 용도가 균형을 이루는 소위 탄소 중립 사회로 이동해야합니다.

현재 화석 자원에서 재생 에너지로의 전환은 국내 및 국제적으로 다양한 분야에서 진행되고 있습니다. 특히, 발전 부문은 재생 가능 에너지를 빠르게 도입하고 있으며, 최종 에너지 소비에 대한 전기 화의 비율이 증가하여 1 차 에너지의 약 50%가 2050 년에 재생 에너지에서 파생 될 것으로 예측했다.⁽³⁾.

2050 년까지 거의 제로 CO2 배출량을 달성하기 위해, 일본 ​​정부가 목표를 설정함에 따라, 전력 생성 분야의 재생 가능 에너지의 중요한 진전과 더불어 화석 자원의 의존성을 크게 줄이는 것이 필수적이며, 화석 자원의 의존성을 크게 줄이는 데 필수적이지만, 화재 자원이 쉽게 대체 할 수없는 많은 영역이 있습니다. 플라스틱. 수지 및 플라스틱은 원유에서 정제되는 나프타를 사용하여 생산되며, 천연 가스 (에틸렌, 프로필렌 등)에서 에탄으로부터 유래 된 하부 올레핀 (원료). 바이오 매스와 같은 재생 가능한 에너지도 화석 자원 대신 사용되기 시작했지만 충분한 양을 공급하기가 어렵고 현재 화석 자원을 대체하는 매우 제한된 방법이 있습니다.

전형적인 낮은 올레핀 인 에틸렌이 나프타에서 생산되면, Co₂ 배출 집중 장치는 에틸렌의 t 당 1.8 ~ 2.0 t-co₂ 인 것으로 추정⁽⁴⁾. 천연 가스의 에탄이 원료로 사용될 때, 1.0 ~ 1.2 t-co₂⁽⁴⁾| CO2 배출 장치는 상대적으로 낮지 만 석탄이 원료로 사용되면 약 10 T-CO2⁽⁵⁾, CO2 배출 강도는 매우 높다고 추정됩니다. 현재 전 세계적으로 매년 약 4 억 톤의 수지와 플라스틱이 생산되며, 생산량은 미래에도 계속 증가 할 것으로 예상됩니다.⁽⁶⁾재활용 CO₂로 만든 올레핀을 사용하여 수지와 플라스틱 생산의 탄소 발자국을 크게 줄일 수 있습니다.

또한 화석 자원을 제외하고 항공 연료와 같은 연료 부문은 교체하기가 어렵습니다. 배터리와 수소는 또한 짧은 범위의 통근자 및 지역 항공기의 연료 공급원으로 간주되지만 에너지 밀도가 높은 액체 탄화수소 연료는 중간 및 장거리 항공편에 필수적입니다. 이러한 요구에 부응하여 SAF (Sustainable Aviation Fuel)는 관심을 끌고 있습니다. SAF는 바이오 매스, 폐유 등으로 토토 사이트 된 작은 탄소 발자국이있는 항공 연료를 갖춘 일반적인 용어입니다. 또한 현재 사용되는 제트 연료와 거의 동일한 특성이 있기 때문에 SAF를 제트 연료와 직접 혼합 할 수 있다는 장점이 있습니다. 국제 민간 항공기구 (ICAO)는 2050 년까지 국제 항공 부문이 CO2 배출량을 효과적으로 줄일 수 있도록 장기적인 목표를 설정했으며 제트 연료를 SAF, 수소 등으로 대체해야한다고 가정합니다.⁽⁷⁾.

높은 에너지 밀도가 필요한 탄화수소 및 연료, 화석 자원의 전기 화를 통한 탄소 중화는 어렵고, 화석 자원을 원료로 사용하지 않는 재생 가능한 탄화수소를 공급해야합니다. 재생 가능 에너지에서 유래 한 소위 녹색 수소를 사용하는 탄소 공급원으로 COS를 사용하여 탄화수소를 토토 사이트하는 과정은 저탄소 발자국 및 액체 연료가있는 재료를 공급하는 데 사용될 수 있으며, 수지, 플라스틱 및 항공 연료의 탄소 중화를 촉진하는 데 중요한 기술이 될 수 있습니다.^{(8) ~ (10)}. 이 기사는 IHI 그룹이 수행하는 SAF의 원료로 사용되는 CO2로 만든 저급 올레핀의 토토 사이트 기술에 대해 설명합니다.

2. co₂

2.1 CO2를 탄화수소로 변환하는 촉매 및 프로세스

그림 1COS 및 수소를 원료로 사용하는 물질 및 액체 연료의 원료로 탄화수소가 사용되는 전형적인 반응 과정을 보여줍니다. 반응 과정은 중간체로서 CO 또는 메탄올을 통한 간접 과정으로 대략적으로 나눌 수 있으며, COS가 직접 수소화되는 직접적인 과정. 또한, 반응 유형에 초점을 맞추면, 이들 과정은 토토 사이트 된 메탄올의 Fischer-Tropsch (FT) 반응 및 탈수 반응으로 분류 될 수있다.

표 1COS를 원료로 사용하여 탄화수소 토토 사이트 공정의 특성을 보여줍니다. 메탄올을 포함하는 공정, CO를 통한 FT 반응 및 COS를 직접 수소화하는 과정과 같은 중간체가있다. 각 공정에는 장점과 단점이 있지만 CO2가 직접 수소화하는 프로세스는 직접 1 단계 프로세스를 사용하여 탄화수소를 토토 사이트 할 수 있으며, 이는 각 변환에 손실이 거의 없으며 효율성이 예상 될 수 있음을 의미합니다. 한편, 나중에 설명 할 바와 같이, 반응성이 떨어지는 CO2를 활성화시키고 표적 탄화수소의 선택성을 향상시켜야하며, 매우 활성적이고 고도로 선택적인 촉매의 개발이 필요하다.

2.2 Co₂의 직접 수소화에 의한 탄화수소 토토 사이트

COS의 직접 수소화에 의한 탄화수소 토토 사이트의 사용은 식 (1)에 도시되어있다. 반응은 -128 kJ/mol의 엔탈피 변화와의 발열 반응이다.

2co2+ 6H2→ C2H4+ 4H2OδH⁰298= -128 kj/mol ………… (1)

반응은 CO를 통한 CO와 수소 사이의 FT 반응을 통해 진행되는 것으로 생각되며, 이는 촉매의 표면에 중간에 형성된다. 따라서, 생성물 탄화수소의 선택성은 식 (2)⁽¹¹⁾.

xn= (1 -α)α^N-1…………… (2)

여기 x_n탄소 원자를 갖는 탄화수소의 비율을 나타냅니다.

그림 2ASF 분포에 의해 예측 된 탄화수소의 탄소 수 분포를 보여줍니다.그림 2- (a)체인 성장 확률은 촉매 표면의 탄소 중간체의 체인 성장이 비교적 이행되지 않고 많은 광 탄화수소가 생성되는 경우입니다.α= 계산 된 값을 0.6으로 보여줍니다. 또한,그림 2- (b)이 경우, 체인 성장 확률은 성장이 진행되고 무거운 탄화수소가 생산되는 경우입니다α= 계산 된 값을 0.9로 보여줍니다. 표적 물질이 낮은 올레핀 인 경우 C₂~ c₄탄화수소 선택성이 증가해야합니다α값은 바람직하게는 0.5 ~ 0.7입니다. 또한 SAF의 원료 역할을하는 액체 탄화수소라면α값이 0.9 이상인 경우 중장수 탄화수소가 높은 선택성으로 토토 사이트 될 수 있음을 알 수 있습니다. 체인 성장 확률α값은 촉매 유형, 온도 및 압력과 같은 반응 조건에 의해 결정됩니다. 표적 물질에 맞게 최적화가 필요합니다.

반면에, 최종 표적 물질을 토토 사이트하기 위해 CO₂수소는 촉매에 의해 탄화수소로 전환되며, 후 치료 및 정제가 필요하다.그림 3SAF 생산에서 탄화수소 토토 사이트의 전체 공정 구조를 보여줍니다. 기존 제트 연료에는 C 탄소 수가 있습니다.₈~ c₁₆|, 따라서 그림 2 - (b)에 표시된 것과 같이 무거운 성분을 함유하는 탄화수소가 토토 사이트 될 때, 크래킹 또는 수소화라는 다운 스트림 공정이 탄화수소를 가볍게하기 위해 수행됩니다.₈~ c₁₆구성 요소를 최대화하려면 탄화수소를 개혁해야합니다. 그 후, 대상 SAF에 해당하는 성분은 증류에 의해 추출 될 수있다. 한 예에서 볼 수 있듯이 CO₂| 수소를 원료로 사용하는 탄화수소 토토 사이트의 경우 수소화, 균열 및 증류 작업을 포함한 전체 공정을 구성해야합니다.

3. CO2를 원료로 사용하여 탄화수소를 토토 사이트하려는 IHI 그룹의 노력

3.1 다단계 원자로를 사용한 하위 올레핀 토토 사이트

위에서 언급했듯이 CO₂를 사용한 탄화수소 생산에 대한 기술적 과제 덜 반응성 인 CO2와 효율적으로 반응하는 것입니다. 식 (1)에 도시 된 바와 같이, 물은 낮은 올레핀의 형성 반응에서 부산물로서 생성된다. 부산물 인 물을 제거 할 수 있고 평형을 생산 시스템으로 바꿀 수 있다면 CO₂의 응답 속도를 개선 할 수 있다고 생각했습니다. 이 가설을 테스트하기 위해, 우리는 직렬 반응기의 3 단계로 구성된 다단 반응기를 구성했으며, 제품을 각 반응기의 하류로 냉각시켜 부산물과 함께 액체 탄화수소를 제거했습니다.그림 4다단계 반응기를 사용하여 낮은 올레핀의 토토 사이트을 보여줍니다. 촉매는 싱가포르의 A*스타 자회사 인 화학 및 에너지 환경 지속 가능성 연구소 (ISCE²)^{(12), (13)}.

그림 5반응기의 각 단계의 배출구에서 COS 전환 및 낮은 올레핀 수율을 보여줍니다. 예측 된 바와 같이, COS 전환율은 반응기의 각 단계에서 개선되었으며, 첫 번째 단계는 41%인 반면, 3 단계는 약 80%의 높은 전환율입니다. 낮은 올레핀 수율은 또한 각 단계에서 개선되었고 궁극적으로 약 2 배로 증가했습니다. 상기 결과로부터, 부산물 인 물을 갖는 다단 반응기가 재순환없이 높은 COS 전환 및 낮은 올레핀 수율을 얻을 수 있음을 확인했다. 또한,이 다기 단계 반응기에서의 반응은 CO₂ 변환 및 낮은 올리핀 수율과 함께 장기 연속 시험에 의해 대략 1000 시간 동안 안정적이었다.

3.2 SAF를위한 액체 탄화수소 토토 사이트

그림 6에서 개발 된 Fe- 기반 촉매를 사용하여 CO2 및 수소로부터 토토 사이트 된 액체 탄화수소의 출현과 FLAME 이온화 검출기를 사용한 가스 크로마토 그래피 (FID-GC)에 의한 탄소 수 분포 분석 결과가있다. 이 분석의 결과로부터 토토 사이트 된 액체 탄화수소는 주로 탄소 C₈~ C₃₅|까지 탄화수소가 나타납니다 또한, 탄소 수 C₈~ C₁₆. 또한 SAF 성분보다 무거운 성분을 함유하고 있기 때문에 액체 탄화수소 및 소량의 왁스는도 3에 도시 된 바와 같이 균열 처리 및 수소화를받은 다음, SAF에 상응하는 연료 성분을 토토 사이트하기 위해 증류에 의해 정제된다.

3.3 COS를 원료로 사용하여 탄화수소 생산 기술의 구현을 향해

그림 7원유 생성에서 수지 및 플라스틱 제품으로의 주요 제조 흐름을 개략적으로 보여줍니다. 원유는 먼저 분리되어 나프타, 휘발유, 등유, 제트 연료 등으로 끓는점에 따라 대기 증류 장치에서 정제됩니다. 수지 및 플라스틱 제품을위한 원료 인 낮은 올레핀은 나프타 크래커 (Naphtha Cracker)라는 시설에서 분리 된 나프 타의 분해에 의해 생산되어 분리 및 정화됩니다. 하부 올레핀 에틸렌 및 프로필렌은 증류에 의해 추가로 분리 된 후, 각각 중합되어 수지 펠렛을 형성 한 다음 최종 생성물을 형성하기 위해 가공된다.

IHI 그룹이 작업하고있는 COS 및 수소에서 토토 사이트 된 탄소가없는 하부 올레핀은 기존 가치 사슬을 대체하여 최종 제품, 수지 및 플라스틱 제품의 탄소 발자국을 줄일 수 있습니다. 우리는 교체의 양을 늘리면 나프 타를 원료로 사용하는 기존 장비와 상업용 생산을 효과적으로 활용할 수 있다고 생각합니다. CO2 감소를 수행 할 수 있습니다.

SAF와 관련하여, 현재 토토 사이트 제트 연료 품질은 ASTM D7566 표준에 의해 정의되며, 특정 양의 SAF가 SAF의 유형에 따라 기존의 석유 유래 연료와 혼합 될 수 있기 때문입니다. 이 기능을 활용하여 CO2에서 토토 사이트 된 SAFS의 도입이 항공 연료로 진행되기를 바랍니다.

4. 결론

중간 및 장거리 운송을위한 탄화수소 및 액체 연료로 만들어진 재료는 전기 화와 같은 대안이 교체하기가 가장 어려운 영역입니다. 이 기사에서 우리는 CO2 및 수소의 촉매를 사용하여 IHI 그룹의 개발 상태 및 예상 구현 상태와 더불어 CO2 및 수소의 촉매를 사용하여 낮은 올레핀 및 지속 가능한 항공 연료 (SAFS)를 토토 사이트하는 과정을 제시합니다. 앞으로, 우리는 SAF의 품질을 정의하는 Corcia (국제 항공의 탄소 상쇄 및 감소 체계)에 대한 연료 자격을 지속적으로 평가하고 Corcia의 연료 자격 (국제 항공을위한 탄소 상쇄 및 감소 체계)을 구현하고 SAF의 품질을 정의하고이를 구현할 것입니다. 앞으로, 우리는 탄소 순환을 실현하기 위해 사회에서 구현함으로써 탄소 발자국을 줄일 수있는 이러한 기술을 구현할 것이며, 이전에는 어려운 것으로 간주되었던 화학 원료 및 액체 연료 분야의 탄소 중립성의 발전에 기여할 것입니다.

- 사과 -

이 기사는 NEDO (National Research and Development Agency, New Energy and Industrial 기술 개발 기관)의 계약 프로젝트의 일부입니다.

　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　　　　　 　　 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

발행 1 (2023 년 6 월 발행) : IHI 토토 배팅 사이트 보고서 ​​목록에서 탄소 중립이