페토 합성은 석탄과 가스를 액체 연료로 바꾸는 핵심 기술로 합성가스 (일산화탄소와 수소) 를 주원료로, 촉매제와 적절한 반응 조건 하에서 메탄을 주원료로 하는 액체 연료를 합성하는 과정이다.
1923 년 독일 화학자 F. Fischer 와 H. Toorop 은 페토 합성 기술을 개발해 제 2 차 세계대전 기간에 대량 생산에 투입한 지 80 년이 되었다. 피셔-트 롭쉬 합성은 일반적으로 철 또는 코발트와 같은 금속 촉매를 사용합니다. 촉매제는 보통 탄소나 실리카에 적재되어 그 활성화를 최적화한다. 제품의 주성분은 직사슬 알칸과 올레핀이고 부산물은 소량의 방향족, 물, 이산화탄소이다.
2007 년 2 월, 중국 화학자들은 처음으로 수성 매체에서 페토 합성을 실현했으며, 기존의 페토 합성공정보다 더 깨끗하고 효율적입니다. 전 세계가 석유 부족에 직면한 상황에서 피토 합성은 세계 각국 정부의 에너지 전략 결정에서 중요한 연구 개발 목표가 되었다.
2005 년 이후 국립자연과학기금의 지원을 받아 베이징대 화학연구소 코원 교수 연구팀이 이온액체와 수상에 대한 피토 합성 연구를 벌여 수용성 중합체로 물 속 2 nm 클러스터를 보호함으로써 이 반응에 대한 촉매를 실현하였다. 이 성과는 최근 독일' 응용화학지' 에 온라인으로 게재돼 즉각적인 관심을 끌고 있다. 2007 년 2 월 영국 왕립화학학회지' 화학세계' 는' 수상피토 합성 청정녹색' 이라는 제목으로 "중국 과학자들이 처음으로 수매체에서 피토 합성을 실현하여 탄화수소연료의 녹색생산에 큰 걸음을 내디뎠다" 고 논평했다.
코원은' 과학타임스' 기자와의 인터뷰에서 현재 공업상의 피토 합성은 주로 금속촉매제를 실은 펄프침대 등 반응기에서 이뤄지고 있으며, 에너지 소비가 높고 비효율적이며 조작이 복잡하다는 명백한 결함이 있다고 밝혔다. 반응 온도는 보통 240 C 에 달하며, 반응 후 생성되는 기름은 종종 촉매제와 혼합된다. 반응기가 클수록 슬러리 반응 조작이 더 복잡해진다.
연구팀은 물에서 반응하고 플루토늄 클러스터를 촉매제로 사용하는 새로운 방법을 제시했다. 이 무담체 촉매제는 일반 촉매제보다 더 높은 활성성을 가지고 있기 때문에 반응이 낮은 온도에서 진행될 수 있다. 150 C 에서의 촉매 활성은 기존 부하형 촉매제보다 35 배 높고100 C 에서의 활성은 부하형 촉매제의 200 C 활성과 비슷하다. 반응 과정에서 고온으로 인한 에너지 소비를 줄여 경제성이 눈에 띄게 높아졌다. 또한 탄화수소산물은 물에 용해되지 않기 때문에 반응 후 생성되는 기름은 수역에서 분리되므로 얻은 연료유는 촉매제에 의해 오염되지 않는다.
페토 합성의 일반적인 공정 과정에는 주로 석탄 가스화, 가스 정화, 페토 합성 및 제품 정제 업그레이드가 포함됩니다. 합성가스 중 수소와 일산화탄소의 무어비 요구는 2 ~ 2.5 이다. 반응기는 고정층 또는 유동층을 사용한다. 디젤을 주로 생산하는 경우 고정층 반응기를 사용해야 한다. 주로 휘발유를 생산하면 유동층 반응기를 사용하는 것이 좋다. 최근 개발된 펄프반응기는 데스고탄기화기화기화기화기나 루치난로 가스화로를 직접 활용한 합성가스에 적용된다. 철화합물은 페토 합성 촉매제가 비교적 좋은 활성 성분이다. 코원은 에너지 이용은 과학과 기술의 문제이지만, 합리적이고 효과적인 에너지 이용은 정부의 대책이라고 말했다. 미국은 모든 에너지 분야에서 절대적인 우위를 가지고 있다. 정부의 결정이 그 안에서 작용했기 때문이다.
베이징대 교수, 국가자연과학기금위 심사 전문가로서 코원은 기초연구 분야에서 국가의 장기적인 수요에 초점을 맞추고 정부의 합리적이고 효과적인 에너지 활용을 위한 정책 근거를 제공하기를 희망하고 있다.
"우리나라는 두 가지 시간 제한에 직면해 있다. 하나는 석유가 없을 때, 다른 하나는 석탄이 없을 때이다." 얀 위안 말했다. 중국의 석유 자원이 풍부하지 않아 대량의 수입이 필요하기 때문에 석탄의 이용에 더욱 신경을 쓴다. 그러나 석탄의 사용이 지나치게 심각한 결과를 초래하거나 석탄이 고갈될 때, 반드시 후유시대, 후화석에너지 시대로 접어들게 된다.
두 시대의 임무는 다르다: 포스트 석유 시대의 임무는 석탄을 합리적이고 깨끗하게 사용하고 석유를 석탄으로 대체하는 것이다. 포스트 화석 자원 시대는 바이오 매스를 이용하는 방법이다.
이것들은 50 년이나 수백 년 후의 비관적인 그림일지 모르지만, 기초 연구는 50 년 후의 미래에 초점을 맞추어야 하며, 과학자들은 장기적인 노력을 기울여야 한다. 관원은 "에너지 분야 과학자들의 책임은 석유를 석탄으로 대체하는 더 효율적이고 친환경적인 방법과 바이오매스를 더 쉽고 편리하게 이용할 수 있는 방법을 찾는 것" 이라고 주장했다.