연구팀이 대구에 구축한 실증 시설에서 생산한 지속가능 항공유를 용기에 담고 있다.[한국화학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 항공 산업은 전 세계 탄소 배출의 상당 부분을 차지한다. 국제사회는 이에 대한 핵심 대안으로 지속가능 항공유(SAF, Sustainable Aviation Fuel) 의무 사용을 확대하고 있다. SAF는 유기성 폐자원이나 바이오매스 등을 활용해 생산되는 재활용 항공유다.

한국화학연구원 이윤조 박사 연구팀은 인투코어테크놀로지㈜와 함께 음식물쓰레기 등 유기성 폐자원에서 나오는 매립지 가스로 항공유를 생산하는 통합공정 실증에 성공했다.

이미 정유 업계는 폐식용유로 SAF를 만들고 있다. 다만 폐식용유는 발생량 자체가 적고 바이오 경유 등 다른 용도로도 쓰여 상대적으로 비싸고 확보가 어렵다. 반면 이번 기술은 음식물쓰레기·가축 분뇨 등에서 나오는 풍부하고 값싼 매립지 가스로 실증한 국내 첫 사례다.

매립지 가스로 항공유를 만들기 위해선 두 가지 문제를 해결해야 한다. 우선 불순물을 줄여 항공유 생산에 적합한 중간원료로 정제해야 한다. 그리고 기체 상태 중간원료인 합성가스에서 항공유 등 액체 연료로 바꾸는 효율을 높여야 한다. 연구팀은 매립지 가스 전처리 후 합성가스 제조, 합성가스-액체연료 전환 촉매 반응 공정을 모두 통합 개발했다.

인투코어테크놀로지㈜는 앞 단계를 담당했다. 음식물쓰레기 등이 묻힌 지면에서 발생한 매립지 가스를 공급받으면 분리막을 이용해 황 성분 등 불순물을 제거하고, 과도한 이산화탄소는 줄이는 전처리 공정을 거친다. 이후 자체 개발한 플라즈마 개질 반응기를 이용해 항공유 생산에 적합한 성질의 중간원료로 바꾼다. 즉 일산화탄소와 수소가 포함된 고압의 합성가스로 변화시켜 화학연에 넘겨준다.

그 뒤 화학연은 기체 상태의 합성가스를 액체 연료로 바꾼다. 수소와 탄소가 분리된 상태의 합성가스를 촉매 위에서 반응시키면 수소-탄소 사슬이 점점 이어지며 적당한 길이의 탄화수소는 액체 연료로, 긴 길이는 왁스 등 고체 부산물이 되는 것이다. 화학연은 제올라이트·코발트 기반 촉매를 활용해 고체 부산물 대신 액체 연료가 생산되도록 선택도를 개선했다.

이번 연구를 수행한 이윤조(뒷줄 오른쪽 두번째) 박사 연구팀.[한국화학연구원 제공]

연구팀은 대구 달성군 쓰레기매립장 부지에 약 30평 규모, 2층 단독주택 크기의 통합 공정 시설을 구축했다. 실증 결과 하루 100kg 규모의 지속가능 항공유 생산에 성공했으며, 액체 연료 선택도는 75% 이상을 달성했다. 현재 연구팀은 장기간 운전 조건을 최적화하고, 촉매와 반응기 성능을 추가로 고도화하고 있다.

이번 성과는 일상적으로 발생하는 음식물 쓰레기와 하수 찌꺼기에서 발생하는 가스를 고부가가치 항공 연료로 전환할 수 있다.

이윤조 박사는 “유기성 폐자원을 고부가가치 연료로 전환하는 통합공정 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다.