음식물쓰레기·가축 분뇨로 재활용 항공유 만든다

[아이뉴스24 정종오 기자] 항공 산업은 전 세계 탄소 배출의 상당 부분을 차지한다. 국제사회는 대안으로 지속가능 항공유(SAF, Sustainable Aviation Fuel) 의무 사용을 확대하고 있다.

SAF는 유기성 폐자원이나 바이오매스 등을 활용해 생산되는 재활용 항공유다. 기존 화석 항공유와 비교했을 때 온실가스 배출을 크게 줄일 것으로 평가된다. 생산 비용이 많이 들어 일부 유럽과 일본 항공사는 SAF 관련 비용을 항공 요금에 반영하는 사례도 있다.

SAF의 안정적 공급과 생산 비용 절감이 글로벌 과제로 부상한 가운데, 한국화학연구원(원장 이영국) 이윤조 박사 연구팀이 인투코어테크놀로지와 함께 음식물쓰레기 등 유기성 폐자원에서 나오는 매립지 가스로 항공유를 생산하는 통합공정 실증에 성공했다.

이번 기술은 음식물쓰레기·가축 분뇨 등에서 나오는 풍부하고 값싼 매립지 가스로 실증한 국내 첫 사례이다.

매립지 가스로 항공유를 만들기 위해선 두 가지 문제를 해결해야 한다. 우선 불순물을 줄여 항공유 생산에 적합한 중간원료로 정제해야 한다. 기체 상태의 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.

인투코어테크놀로지는 앞 단계를 담당했다. 음식물쓰레기 등이 묻힌 지면에서 포집한 매립지 가스를 공급받으면 분리막을 이용해 황 성분 등 불순물을 제거하고, 과도한 이산화탄소를 줄이는 전처리 공정을 거친다.

자체 개발한 플라즈마 개질 반응기를 이용해 항공유 생산에 적합한 성질의 중간원료로 바꾼다. 즉 일산화탄소와 수소가 포함된 고압의 합성가스로 변화시켜 화학연에 넘겨준다.

그 뒤 화학연은 ‘피셔-트롭쉬 공정’이라는 오래된 기술을 활용해 기체 상태의 합성가스를 액체 연료로 바꾼다. 화학연은 핵심 기술로 ‘마이크로채널 반응기’를 적용했다.

연구팀이 개발한 마이크로채널 반응기는 촉매층과 냉매층을 교대로 적층한 구조이다. 반응열을 신속하게 제거해 반응 폭주를 억제한다.

이번 기술의 실증을 위해 연구팀은 대구 달성군 쓰레기매립장 부지에 약 30평 규모, 2층 단독주택 크기의 통합 공정 시설을 구축했다. 실증 결과 하루 100kg 규모의 지속가능 항공유 생산에 성공했다.

이번 성과는 일상적으로 발생하는 음식물 쓰레기와 하수 찌꺼기에서 발생하는 가스를 고부가가치 항공 연료로 전환할 수 있다는 것을 보여줬다.

연구팀은 “유기성 폐자원을 고부가가치 연료로 전환하는 통합공정 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다”고 평가했다. 화학연 이영국 원장은 “탄소중립과 순환경제를 동시에 실현할 수 있는 대표적 기술로 성장할 것”이라고 기대했다.

연구 성과(논문명:Tailoring Zeolite-Supported Bifunctional Cobalt Catalysts for Direct Conversion of Syngas to Liquid Fuels)는 촉매 분야 국제학술지 ‘ACS Catalysis’에 실렸다.