올레핀(olefin)은 지방족 불포화 탄화수소로 일반식으로 CnH2n으로 나타낼 수 있으며 분자구조에 탄소 이중 결합을 가지고 있는 것을 통틀어 말한다. 올레핀은 알켄과 동의어지만 알켄은 탄소 이중 결합을 1개 가지고 있는 물질에만 사용할 수 있는 반면에 탄소 이중결합이 두 개 이상 포함된 물질에도 올레핀을 사용할 수 있다. 올레핀의 대표적인 예로는 에틸렌(C₂H₄)이 있으며 분자 내에 탄소 이중 결합을 1개 가지고 있고 반응성이 좋아 수소나 염소 등의 물질이 부가될 수 있다.
올레핀은 석유화학제품의 기초 원료로, 필름·우레탄·플라스틱 등 건축·생활소재를 만드는데 쓰인다.
개요
올레핀은 탄소(C) 간 이중 결합 구조를 띠고 있는 화합물을 의미하는데 '석유화학산업의 쌀'로 불릴 만큼 중요한 화합물이다. 올레핀은 원유 같은 화석에너지에서 생산된다. 원유 정제 과정에서 추출되는 납사(Naphtha)나 중질 유분 등에서 올레핀 계열의 다양한 석유 화합 물질이 생산된다. 플라스틱으로 불리는 합성수지는 물론이고 합성고무나 합성섬유 모두가 올레핀 계열 화합물로 만들어진다. 올레핀 유래 석유화합물들은 일상생활은 물론이고 자동차, 전자, 건설, 제약, 의류 소재 등 거의 모든 분야에서 사용된다. 지구온난화나 미세먼지 이슈로 내연기관 자동차와 화석에너지를 퇴출해야 한다는 목소리가 커지고 있는데 석유화학산업의 쌀인 올레핀은 화석에너지가 존재해야 만들어낼 수 있다. 어느 순간 전기차나 수소차가 모든 수송 수단 자리를 차지하고 휘발유나 경유 같은 화석연료가 설 자리를 잃게 되더라도 석유가 필요한 이유가 여기에 있다.
대표적 생산제품인 에틸렌은 중합의 과정을 거쳐 폴리에틸렌으로 전환되며, 가공이나 성형 등의 과정을 거쳐 일상 생활에 다양하게 쓰이는 비닐, 용기, 일회용품 등 플라스틱 제품으로 활용된다. 시장조사기관인 IHS에 따르면 전세계 폴리에틸렌 시장 규모는 연간 1억 톤으로 전체 올레핀 시장 규모 2.6억톤 중 가장 큰 비중을 차지하며, 전세계 수요성장률은 연 4.2%로 견고하다.
생산
올레핀은 석유화학제품의 기초 원료로, 필름·우레탄·플라스틱 등 건축·생활소재를 만드는데 쓰인다. 보통 800도 이상의 고온으로 석유를 증기 분해해 제조하는데, 매우 높은 열과 에너지를 필요로 하는 문제가 있다. 또 석유 대신 천연가스에서 올레핀을 합성하려면 이산화탄소 등 온실가스가 발생해 환경오염을 일으키게 된다.
화학자들은 환경을 덜 오염시키는 화학반응을 구현하기 위해 다양한 촉매 반응을 연구하고 있다. 올레핀은 탄소와 수소로 이뤄진 결합물(탄화수소)이 수소를 떼어내면서 탄소(C) 2개가 이중결합해 만들어진다.
탄화수소는 두 분자 간 결합이 매우 강하기 때문에 결합을 끊고 반응을 유도하기 위해서는 이리듐(Iridium), 로듐(rhodium), 루테늄(ruthenium) 등 전이금속 촉매가 필요하다. 하지만 값이 너무 비싸 산업적으로 활용하기 어려웠다. IBS 분자활성 촉매반응 연구단 연구팀은 전이금속보다 수십 배 저렴한 타이타늄(이리듐은 1g에 40만원, 타이타늄은 1g당 1만7천원 정도)을 촉매로 써서 탈 수소반응을 일으키는데 성공했다. 기존 공정에 비해 10분의 1 정도로 낮은 온도인 75도에서 반응이 가능하다.
MFC 공정
MFC(Mixed Feed Cracker)는 NCC(Naphtha Cracker)의 한 종류라고 할 수 있지만 차이점이 있다. NCC는 나프타를 주 원료로 하여 에틸렌, 프로필렌 등을 생산하는데 반해 MFC는 정유공정에서 생산되는 나프타, LPG 및 부생가스 등 다양한 원료를 활용한다는데서 경제성이 크다.
동영상
참고자료
- 〈올레핀(olefin)〉, 《사이언스올》
- 유혜린 기자, 〈GS칼텍스, 올레핀에서 100년 기업 길을 찾다〉, 《에너지코리아뉴스》, 2018-02-07
- 이원희 기자, 〈'이산화탄소' 없애고 화학산업의 쌀 '에틸렌' 생산하고〉, 《헬로디디》, 2021-04-21
- GS칼텍스 매거진, 〈올레핀 사업 진출로 더 큰 시장을 꿈꾸는 GS칼텍스〉, 《GS칼텍스 미디어허브》, 2018-02-28
- 지앤이타임즈, 〈정제보다 석유화학, 올레핀에서 미래 찾는 정유사〉, 《GS칼텍스 미디어허브》, 2018-06-26
- 백승룡 기자, 〈진화하는 정유사② "올핸 올레핀 원년"…정유 vs 석유화학 경쟁 본격화〉, 《아주경제》, 2021-08-11
- 박주영 기자, 〈플라스틱의 원료 '올레핀' 저렴하게 만든다〉, 《연합뉴스》, 2017-06-28
같이 보기
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