일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.8.18

바이오에탄올에서 부타디엔 대량 합성
요코하마고무, 타이어 시작(試作)

요코하마고무는 신에너지∙산업기술종합개발기구(NEDO)와 산업기술총합연구소(산총연), 첨단소재고속개발기술연구조합(ADMAT)과의 공동 연구를 통해 바이오에탄올에서 부타디엔을 대량으로 합성해 자동차용 타이어를 시험 제작하는 데 성공했다. 바이오매스 유래의 부타디엔으로 타이어를 생산하는 기술을 확립할 수 있다면, 이산화탄소(CO₂) 배출량의 삭감과 지속 가능한 원료 조달의 실현을 기대할 수 있다.

이번 연구에서는 바이오에탄올 처리량을 기존의 약 500배로 늘린 대형 촉매 반응 장치를 설계∙제작하고, 부타디엔의 대량 합성을 검토하였다. 반응 조건을 최적화하는 동시에 생성한 부타디엔의 포집 방법의 개량을 통해 약 20kg의 부타디엔을 합성할 수 있었다고 한다.

또한 이 부타디엔을 증류 정제하여 순도를 높인 후, 중합 반응을 통해 부타디엔 고무를 합성하고, 이를 사용해 자동차용 타이어를 시작하였다. 대형 촉매 반응 장치의 설계∙제작과 부타디엔의 대량 합성은 산총연이, 생성한 부타디엔의 고순도화는 ADMAT가, 고순도 부타디엔의 고무화와 그것을 원료로 한 타이어 시작은 요코하마고무가 각각 담당하였다.

요코하마 고무가 시작한 것은, 저연비 성능을 특징으로 하는 ‘BluEarth-GT AE51’의 185/60R15 사이즈다. 노면과 접촉하는 부위인 '캡 트레드'와 측면의 '사이드 월'을 바이오에탄올 유래의 부타디엔 고무와 천연고무로 제조하여, 석유 유래 고무를 사용했을 때와 동등한 재료 성능을 갖게 하였다. 캡 트레드는 노면에서의 충격이나 외상으로부터 타이어 내부를 지킬 뿐만 아니라, 그립이나 마모의 억제와 같은 타이어의 성능에도 크게 관계된다. 이 부위에서 부타디엔 고무는 마모를 억제하는 역할을 한다. 한쪽 사이드 월은 주행 시에 가장 변형이 큰 부분이기 때문에 유연하고 변형에 추종하기 쉬운 부타디엔 고무가 사용되고 있다고 한다.

요코하마고무와 산총연, ADMAT는 NEDO의 ‘초첨단 재료 초고속 개발 기반기술 프로젝트(초초PJ)’사업(사업기간: 2016~21년도)을 수탁. 초초PJ가 추진하는 ‘계산 과학 기술’ ‘프로세스 기술’ ‘첨단 계측 기술’의 개발을 통해 바이오에탄올에서 부타디엔을 고속∙고효율로 합성하는 기술의 개발에 착수하고 있다.

19년에는 촉매의 배합 상태나 반응 조건에 관한 대량의 데이터를 취득∙해석하는 하이 스루풋 시스템과 데이터 구동형의 기계학습, 촉매화학과 정보과학을 융합시킨 ‘촉매 인포매틱스’의 활용에 의해, 당시로서는 세계 최고의 부타디엔 수율을 실현하는 촉매 시스템을 개발. 생성한 부타디엔에서 부타디엔 고무를 합성하는 데도 성공했다. 20년에는 촉매 연구를 통해서 부타디엔 수율이 19년 대비 1.5배 증가한 촉매 시스템을 개발했다. 이번에는, 이 촉매 시스템을 이용해 반응 시스템을 스케일 업하여, 부타디엔의 대량 합성과 그것을 원료로 타이어를 제작하기까지의 일련의 프로세스를 실증했다.

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