메탄올

3. 제법

메탄올은 천연가스나 석탄을 부분 산화시켜 얻은 합성 가스(일산화탄소와 수소의 혼합물)를 촉매 반응을 통해 합성한다. 과거에는 고온, 고압 조건에서 아연/크롬 산화물 촉매를 사용했지만^[63], 현대에는 구리, 산화 아연, 알루미나 등을 촉매로 사용하여 5–10 MPa (50–100 atm) 및 250°C의 저온, 저압 조건에서 높은 선택성(>99.8%)으로 메탄올을 생산한다.^[51]

:CO + 2 H2 -> CH3OH

합성 가스 제조 시 메탄에서 일산화탄소 1몰당 수소 3몰이 생성되지만, 메탄올 합성에는 일산화탄소 1몰당 수소 2몰만 소비된다. 과량의 수소는 이산화 탄소를 반응기에 주입하여 메탄올을 추가로 생성하는 데 사용된다.^[51]

:CO2 + 3 H2 -> CH3OH + H2O

최근에는 바이오매스 가스화나^[61], 포집된 이산화탄소와 그린 수소를 반응시키는 등^[60] 친환경적인 방법으로 "그린 메탄올"을 생산하는 기술도 개발되고 있다.

고대 이집트인들은 미라를 만들 때 나무를 열분해하여 얻은 메탄올을 사용했다.^[26] 1661년 로버트 보일이 사철나무 증류를 통해 순수한 메탄올을 처음 분리했고,^[26] 1834년 프랑스 화학자 장바티스트 뒤마와 외젠 펠리고가 메탄올의 원소 조성을 결정했다.^[27] 1905년 프랑스 화학자 폴 사바티에가 이산화탄소와 수소를 반응시켜 메탄올을 합성하는 공정을 발표했다.^[11]

3. 1. 생합성

4. 용도

메탄올은 포름알데히드, 아세트산, 메틸 ''tert''-부틸 에터(MTBE) 등 다양한 화학 물질 제조에 사용되는 원료이다.^[31] 특히 포름알데히드는 메탄올을 산화시켜 만들며, 널리 사용되는 고분자를 포함한 여러 분야에서 사용된다.^[35]

:2 CH3OH + O2 -> 2 CH2O + 2 H2O

카티바 공정을 통해 메탄올로부터 아세트산을 생산할 수 있다.^[31]

5. 화학 반응

메탄올의 연소 반응은 다음과 같다.^[1]

: 2CH₃OH (''l'') + 3O₂ (''g'') → 2CO₂(''g'') + 4H₂O (''l'')

• 연소 시 이산화 탄소와 물이 생성된다.^[1]

• * 2CH3OH + 3O2 -> 2CO2 + 4H2O

• 가열한 산화 구리(CuO)와 반응하여 산화하면 포름알데히드(HCHO)가 생성된다.^[1]

• * CH3OH + CuO -> HCHO + Cu + H2O

• 나트륨(Na)과 반응하여 나트륨 메톡시드(소듐 메톡사이드)와 수소가 생성된다.^[1]

• * 2CH3OH + 2Na -> 2CH3ONa + H2

6. 독성

메탄올은 인체에 흡수되면 간에서 폼알데하이드를 거쳐 개미산(포름산염)으로 대사되어 독성을 나타낸다.^[69] 이 과정은 간의 알코올 탈수소 효소에 의해 시작되며, 포름알데히드는 알데히드 탈수소 효소(ALDH)를 통해 개미산으로 변환된다. ALDH를 통한 변환은 완전히 진행되어 검출 가능한 포름알데히드는 남지 않는다.^[70]

메탄올 섭취 시 시신경 파괴로 영구적인 실명을 유발할 수 있으며, 치명적일 수 있다.^[64] 치사량 중앙값은 체중 1~2mL/kg이다.^[65] 독성 효과는 섭취 후 몇 시간 후에 시작되며, 해독제를 사용하면 영구적인 손상을 예방할 수 있다.^[64]

메탄올 중독의 주요 원인은 음용 알코올의 오염이며, 개발 도상국에서 더 흔하게 발생한다.^[72] 조기 치료를 하면 결과가 좋을 수 있다.^[74]

사람을 포함한 영장류의 경우, 메탄올은 알코올 탈수소 효소에 의해 포름알데히드로 대사되고, 더 나아가 포름알데히드 탈수소 효소에 의해 개미산으로 대사된다.^[82] 포름알데히드의 체내 반감기는 약 1분이며, 포름알데히드에서 개미산으로의 대사는 신속하게 이루어지므로, 포름알데히드에 의한 독성은 거의 문제가 되지 않는다.^[83] 메탄올의 독성은 개미산에 의한 대사성 산증과 뉴런에 대한 독성에 기인한다.

메탄올 중독으로 인한 증상으로는, 눈의 망막과 시신경을 손상시키는 실명이 잘 알려져 있다. 이것은 망막에 알코올 탈수소 효소가 풍부하게 존재하기 때문이다.^[85]

개미산은 10-포르밀테트라히드로엽산 합성 효소에 의해 테트라히드로엽산에서 10-포르밀테트라히드로엽산을 거쳐 대사, 분해되지만, 사람의 경우 이 반응 속도가 느리기 때문에 개미산이 잔류하여 독성을 나타내게 된다. 메탄올 중독으로 인한 시력 장애는 개미산의 직접적인 손상에 의한 시신경의 탈수초화가 원인이라고 생각되지만, 축삭의 손상도 시사하는 보고가 있다.^[86] 또한 개미산은 미토콘드리아의 전자 전달계에 관여하는 시토크롬 c 산화 효소를 억제하여, 세포 호흡을 억제하므로, 이 점이 시신경 독성과 관련이 있다는 의견도 있다.^[83]

치료제로는 포메피졸이 있다.^[87] 포메피졸을 구할 수 없는 경우, 응급 처치로 다량의 에탄올을 투여하면 에탄올이 먼저 분해되며 섭취된 메탄올은 에탄올이 분해될 때까지 분해되지 않고 유지되다가 그대로 노폐물이 되어 신체 외부로 배출된다.

개미산은 창백핵과 전두엽에 선택적으로 작용하여, 괴사를 일으킬 가능성이 있다. 따라서, 시력 장애 외에도, 파킨슨증이 후유증이 되는 경우가 있다.

메탄올과 개미산은 모두 혈액 투석을 통해 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 생체 내에서 개미산 분해를 촉진하기 위해 활성형 엽산의 투여가 권장된다.^[86]

일본에서는 에탄올을 혼합하지 않은 메탄올은 독물 및 극물 단속법의 극물이며, 구입 시 독극물 양수서에 서명 날인, 판매자에게는 서류의 5년간 보존이 의무화되어 있다.

7. 안전성

메탄올은 인화성이 매우 높은 액체이다. 메탄올 증기는 공기보다 약간 무거워 멀리 떨어진 점화원까지 이동하여 불이 붙을 수 있다. 메탄올 화재는 마른 화학 물질, 이산화 탄소, 물 분무 또는 내알코올성 폼으로 진압해야 한다.^[8] 메탄올 화염은 햇빛 아래에서는 보이지 않는다.

메탄올은 휘발성이 높고, 메탄올이 든 용기를 직접 불에 갖다 대면 폭발하므로, 보관 및 사용 장소에서 화기 및 전기 불꽃에 대해 세심한 주의를 기울여야 한다. 특히 사용하는 장소에서는 충분한 환기가 필요하며, 용기를 넘어뜨리지 않고 액체를 흘리지 않도록 주의해야 한다. 환기는 방화뿐만 아니라, 후술할 중독 방지에도 효과적이다.

일반적인 유류 화재(B 화재)와 마찬가지로 메탄올이 인화되어 화염에 휩싸였을 때는 분말 소화기, 이산화 탄소, 모래를 사용한다. 분무 주수는 지장이 없지만, 주수 소화는 희석된 메탄올이 넘쳐 화재가 확산될 가능성이 있으므로 극소량의 화재 이외에는 사용하지 않는다. 포말 소화는 포말이 메탄올에 흡수되어 버리므로, 포말 소화 약제를 사용할 경우에는 특히 내알코올성 포말 소화 약제를 사용해야 한다.

메탄올의 불꽃은 옅은 청색이지만, 특히 낮에는 잘 보이지 않는다. 캠핑 용품으로 판매되는 숯용 착화제는 겔 상태 물질에 메탄올이 포함되어 있다. 특히 복원성을 가진 수지 용기에 충전된 제품은 착화 후에 덧붙이면, 용기 내의 공동에 생긴 가연성 혼합기에 인화, 파열, 확산되어 불이 붙은 겔 상태 연료를 뿌릴 위험이 있으므로 절대로 착화 후에 덧붙여서는 안 된다. 이러한 종류의 사고가 잇따라 발생했기 때문에, 사용하다 남은 제품에서도 용기 내에 공동이 생기지 않는 제품도 많다. 금속 튜브 및 1회용 팩에 담긴 제품에서는 이러한 위험은 없다. 또한, 적절하게 사용하더라도 불꽃이 잘 보이지 않아 화상을 입는 사고가 발생하기도 한다.

8. 환경

2023년 기준으로 전 세계 메탄올 생산량의 0.2%는 온실 가스 배출량이 상대적으로 적은 방식으로 생산되며, 이를 "그린 메탄올"이라고 한다.^[60] 대부분의 그린 메탄올은 바이오매스 가스화로 생산된다.^[60] 합성가스는 바이오매스 가스화를 통해 생산되며, 이를 그린 메탄올로 변환한다.^[61]

그린 메탄올을 생산하는 또 다른 방법은 수소, 이산화탄소 및 촉매를 고온 고압에서 결합하는 것이다.^[60] 그린 메탄올로 분류되려면 수소는 재생 가능 전기를 사용하여 생산되는 그린 수소여야 한다.^[60] 또한, 이 과정에서 이산화탄소는 탄소 포집 및 저장 또는 직접 공기 포집이나 최근에 생성된 바이오매스의 부산물이어야 한다.^[60] 그린 메탄올의 일부 정의에서는 이산화탄소가 바이오에너지 연소 중에 포집되어야 한다고 명시한다.^[62]

9. 대한민국 현황

대한민국은 세계적인 메탄올 수입국 중 하나이다. 국내에서는 주로 산업용으로 사용되며, 특히 반도체, 디스플레이 제조 공정에서 전자제품 칩 제조 및 식각에 중요한 역할을 담당하고 있다.^[26] 또한 폐수 처리, 바이오디젤 생산, 석유, 화학, 식품 공업에도 이용된다.^[26] 1970년대 석유 파동 시기에는 메탄올을 연료로 사용하는 방안이 검토되었고, 1990년대 중반까지 미국에서는 메탄올과 가솔린을 모두 사용할 수 있는 가변 연료 차량(FFV)이 2만 대 이상 도입되기도 했다. 그러나 1990년대 후반 가솔린 가격 하락으로 메탄올 가격 경쟁력이 약화되면서 연료로서의 사용은 제한적이다.^[29]

최근 국내 기업들은 바이오매스, 이산화탄소를 활용한 그린 메탄올 생산 기술 개발에 적극적으로 참여하고 있다. 그린 메탄올은 바이오매스 가스화를 통해 합성가스를 생산하여 만들거나, 그린 수소와 이산화탄소를 고온 고압에서 결합하여 생산할 수 있다.^[60][61] 더불어민주당은 탄소 중립 실현을 위해 그린 메탄올 생산 및 활용 확대를 위한 정책 지원을 강조하고 있다. 한편, 메탄올은 직접 메탄올 연료 전지(DMFC)의 연료로 사용되어 노트북 등의 모바일 기기를 장시간 가동하는 데 활용될 수 있다.

10. 관련 사건/사고

메탄올 중독은 전 세계적으로, 특히 개발도상국에서 자주 발생한다. 불법 제조된 술이나 오염된 공업용 알코올을 섭취하는 것이 주요 원인이다.^[72] 메탄올은 섭취 후 몇 시간 뒤부터 독성 효과가 나타나며, 심하면 영구적인 실명이나 사망에 이를 수 있다.^[64]

다음은 메탄올 중독 관련 주요 사건/사고 사례이다.

코로나19 상황에서는 에탄올과 메탄올을 오용하는 사례가 발생하여, 각국에서 주의를 환기하고 있다.^[88][89] 특히 이란에서는 알코올 섭취가 코로나바이러스감염증-19 치료에 효과가 있다는 소문으로 인해 밀조주를 마시고 메탄올 중독으로 사망하는 사례가 속출했다.^[102][103]

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