최근 화석 연료의 과다 사용에 따른 에너지 자원 고갈 및 환경오염에 대한 우려가 증가함에 따라 비화석연료 기반의 재생가능하고 지속가능하며 환경친화성이 높은 연료 및 화학소재 재조에 대한 관심이 급증하고 있다. 바이오연료 중 옥수수, 사탕수수 등 당질계원료를 이용하는 바이오에탄올 및 팜유, 대두유 등 식물성유지를 이용하는 바이오디젤은 상업적인 생산이 이루어지고 있으나, 이들 1세대 바이오연료는 식량자원과의 경쟁이라는 원천적인 한계를 자기고 있고, 분자구조식에 산소를 포함하고 있기 때문에 기존 화석연료에서 생산되고 있는 가솔린, 항공유 및 디젤과 비교하였을 때 에너지함량이 낮은 단점이 있다. 따라서 기존 1세대 바이오연료에서 탈피하여, 식량지원과 경쟁이 없으며, 또한 분자구조식에 산소를 적게 포함하거나 아예 포함하지 않는 바이오연료(“drop in”바이오연료)생산에 많은 관심이 집중되고 있다.

다양한 비식량계 바이오매스의 열화학 전환공정 중 가장 상업화에 근접한 기술인 급속열분해(fast pyrolysis)는 목질계 바이오매스, 초본계 바이오매스 등 다양한 종류의 바이오매스를 원료로 이용하여 산소가 없는 조건에서 400-600℃의 반응온도에서 수초간 분해한 후 생성되는 기체를 응축하여 액상물질을 제조하는 방법이다. 하지만, 급속열분해로 제조된 바이오오일은 아직 많은 단점이 존재하여 직접적으로 수송용 연료 또는 발전용 연료로 활용되지 못하고 있는 실정이다. 보다 구체적인 바이오오일의 단점은 (1) 산소함량이 35-40 중량%로 매우 높아서 열안정성 및 장기 보관정이 매우 취약하고, (2) 높은 산소함량으로 인해 바이오오일에 함유된 에너지함량이 매우낮고(고위발열량, higher heating value(HHV)=16-9MJ/kg), (3) 생성된 바이오오일에 포함된 물의 함량이 15-30%로 매우 높고, 바이오오일에 물에 용해되는 친수성 탄화수소계 물질이 많이 존재하여 기존 소수성인 화석연료와 혼화성이 매우 취약하고, (4) 개미산, 아세트산 등 강한 산성을 지니는 카르복실산 및 물이 많이 존재하여 pH가 2-3 정도로 매우 낮아 공정장치의 부식을 일으키며, (5) 장기 보관할 경우 열분해 리그닌과 바이오오일 성분끼리 서로 반응해서 고분자 물질을 생성하여 점도가 상승하여 상이 분리되는 현상 등 문제점이 있어왔다. 이러한 바이오오일의 문제점은 바이오오일을 다루고, 이송하며, 보관하고, 이용하는데 많은 기술적인 어려움을 야기하며, 이런 바이오오일의 단점들이 재생가능한 연료 또는 화학소재 생산을 위한 공정비용을 상승시키는 요인이 된다.

본 연구는 초임계 상태의 알코올을 용매 및 반응물질로 이용하여 바이오오일의 분자구조식에 존재하는 산소를 제거하여 에너지 함량을 증가시키고, 카르복실산 등 바이오오일의 산도를 증가시키는 유기산을 제거 또는 다른 안정화된 물질로 변환하여 산도를 낮추며, 또한 바이오오일 중 친수성 물질을 소수성 물질로 변환하여 수분함량을 낮추고, 바이오오일의 pH를 높여 부식성을 감소시킬 수 있는 바이오오일의 업그래이딩 방법에 관한 것이다. 특히 일반적인 촉매를 이용한 바이오오일의 업그래이딩 방법과는 달리, 균일 촉매 또는 불균일 촉매를 이용하지 않고 외부에서 제공하는 고가의 수소를 이용하지 않으면서, 초임계 알코올이 자체적으로 발생하는 매우 활성이 높은 수소(in-situ generated hydrogen)및 초임계 알코올이 갖는 독특한 반응성(에스테르화, 알킬화, 알콕실화, 수소화)를 이용하여 급속열분해로 제조된 바이오오일의 성질을 개선할 수 있다. 전산모사해석 결과 초임계 알코올을 이용하여 업그래이딩된 바이오오일을 제주도에 있는 100MW급 중유발전소의 보일러에 바이오중유로 활용하였을 경우 원유에서 생산되는 중유와 유사한 온도 및 열전달 특성을 갖는 것을 확인하였다. 따라서 업그래이딩 된 바이오오일은 “그린전기”를 생산하는데 이용될 수 있으며, 차량용 바이오가솔린 및 바이오디젤로 활용될 수 있다.