ZSM-5 촉매의 산도에 따른 바이오매스–폴리에틸렌 혼합 열분해에서 BTX 생성 특성 및 시너지 효과 분석

본 연구에서는 바이오매스와 폴리에틸렌을 원료로 사용하여 혼합열분해 실험을 수행하고, ZSM-5 촉매의 Si/Al₂ 비율(25, 38, 80, 200)에 따른 반응 특성을 비교 분석하였다.
실험은 500°C의 반응 온도에서 ex-situ 고정층 반응기를 사용하여 수행되었다. 바이오매스 단독 열분해에서는 높은 산소 함량으로 인해 방향족 생성이 제한되나, 수소 함량이 높은 폴리에틸렌과 혼합열분해를 수행한 결과 모든 촉매 조건에서 실험 BTX 수율이 이론값을 초과하여 명확한 시너지 효과가 확인되었다.
ZSM-5(38) 촉매는 혼합열분해 실험에서 5.11wt%로 가장 높은 BTX 수율을 나타냈으며, ZSM-5(25)는 이론값 대비 증가폭이 약 1.26wt%로 가장 크게 나타났다. 이러한 시너지 효과는 산소계 화합물이 풍부한 바이오매스와 수소계 화합물이 풍부한 플라스틱 간의 화학적 상호작용 및 촉매의 산점 특성에 기인한다.