직설적으로 말하자면, 열분해 오일의 주요 단점은 바람직하지 않은 화학적 특성에서 비롯됩니다. 구체적으로, 높은 수분 함량, 시간이 지남에 따른 본질적인 불안정성, 생산 중 유해 물질 배출 가능성은 이 자원을 효과적으로 취급하고 활용하기 어렵게 만듭니다.
열분해가 바이오매스를 액체 연료로 전환하는 매력적인 경로를 제시하지만, 결과로 생성되는 바이오 오일은 기존 석유의 "직접 대체품(drop-in)"이 아닙니다. 반응성이 높고 불안정한 특성으로 인해 보관, 운송 및 최종 응용 분야의 근본적인 과제를 극복하기 위해 상당한 업그레이드 또는 특수 장비가 필요합니다.
화학적 불안정성의 과제
열분해 오일의 가장 중요한 운영상의 단점은 시간이 지남에 따라 변하는 경향이 있다는 것입니다. 이는 안정적인 최종 제품이 아니라 반응성 화합물의 혼합물입니다.
보관 중 점진적인 열화
열분해 오일은 장기 보관에 안정적이지 않습니다. 몇 주에서 몇 달에 걸쳐 유기 분자 간의 응축 반응으로 인해 점도가 점진적으로 증가합니다.
이러한 점도 증가는 필터, 파이프 및 인젝터 노즐을 막을 수 있습니다. 경우에 따라 오일은 상 분리(phase separation)를 일으켜 별개의 층으로 분리되어 일관성이 없고 사용할 수 없는 연료원이 될 수 있습니다.
가열 시 불안정성
오일의 불안정성은 열에 의해 가속화됩니다. 오일을 100°C 이상으로 가열하면 고체 잔류물(코크스)과 휘발성 유기 화합물을 생성하는 급격한 반응이 촉발될 수 있습니다.
이는 장비에 오염을 일으키고 막힘을 유발하므로 기존 보일러나 정제 공정과 같이 예열이 필요한 응용 분야에서의 사용을 심각하게 제한합니다.
높은 수분 및 산소 함량 문제
석유 원유와 달리 열분해 오일에는 상당한 양의 수분과 산소가 포함되어 있어 연료로서의 품질을 저하시킵니다.
높은 수분 함량
열분해 오일은 일반적으로 중량 기준으로 수분 함량이 15%를 초과하는 경우가 많습니다. 이 수분은 열분해 반응 중에 생성되며 오일 내에 밀접하게 혼합되어 있습니다.
수분은 연소되지 않기 때문에 화석 연료와 비교하여 오일의 에너지 밀도(발열량)를 크게 낮춥니다. 즉, 동일한 양의 에너지를 생산하기 위해 더 많은 부피가 필요하다는 의미입니다.
부식성
높은 수분 함량과 아세트산과 같은 산소화 유기 화합물의 조합으로 인해 원유 열분해 오일은 탄소강과 같은 일반적인 건축 자재에 대해 산성이며 부식성을 띱니다.
이는 저장 탱크, 펌프 및 배관에 더 비싼 내식성 스테인리스강을 사용해야 함을 의미하며 인프라 비용을 증가시킵니다.
운영 및 환경적 장애물 이해
오일의 화학적 특성 외에도 생산 공정 자체에 신중하게 관리해야 하는 과제가 있습니다.
대기 질 및 배출
열분해 공정은 적절하게 제어되지 않으면 유해 배출물을 생성할 수 있습니다. 로(furnace) 및 관련 장비는 미립자와 휘발성 화합물의 방출을 최소화하도록 잘 설계되고 유지 관리되어야 합니다.
환경 규정을 준수하는 운영을 달성하는 것은 모든 열분해 시설에 기술적 복잡성과 비용을 추가합니다.
업그레이드의 불가피한 필요성
이러한 단점들을 종합해 볼 때, 열분해 오일은 직접 사용되는 경우가 거의 없습니다. 실행 가능하고 대체 가능한 제품이 되려면 비용이 많이 드는 2차 처리 또는 "업그레이드"를 거쳐야 합니다.
업그레이드 공정은 수분을 제거하고 산소를 줄이며 분자를 안정화하는 것을 목표로 하지만, 전체 생산 체인에 상당한 비용과 에너지 페널티를 추가합니다.
프로젝트에 적용하는 방법
이러한 한계를 이해하는 것은 모든 상황에서 열분해 오일 사용의 타당성을 평가하는 데 중요합니다.
- 열 또는 전력 생산을 위한 직접 연소가 주요 초점인 경우: 고점도, 부식성 및 저에너지 밀도 연료를 처리하도록 설계된 특수 보일러 및 버너를 사용해야 합니다.
- 장기 보관 또는 운송이 주요 초점인 경우: 불안정성이 주요 장벽이므로 열화를 방지하기 위해 제어된 조건 또는 즉각적인 현장 처리가 필요합니다.
- 수송 연료 또는 화학 물질로 정제가 주요 초점인 경우: 정유소에 적합한 안정적인 분자를 생성하기 위해 수분과 산소를 제거하기 위한 광범위하고 비용이 많이 드는 업그레이드가 필수적입니다.
궁극적으로 열분해 오일을 성공적으로 통합하려면 이를 원유의 직접적인 대체품이 아닌 고유한 중간 화학 제품으로 취급해야 합니다.
요약표:
| 단점 | 주요 영향 | 실제 결과 |
|---|---|---|
| 화학적 불안정성 | 시간이 지남에 따라 점도 증가; 상 분리 | 필터 및 파이프 막힘; 보관 후 사용 불가 연료 |
| 높은 수분 함량 (>15%) | 에너지 밀도(발열량) 감소 | 동일한 에너지 출력을 위해 더 많은 연료 부피 필요 |
| 부식성 | 산성도가 탄소강과 같은 일반 금속 공격 | 보관 및 취급을 위해 값비싼 스테인리스강 필요 |
| 업그레이드 필요성 | 사용 가능하려면 2차 처리 필요 | 생산 체인에 상당한 비용과 복잡성 추가 |
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