이산화탄소로 지속가능한 '항공유' 만든다

항공 수송 분야는 전체 이산화탄소 배출량의 24.5%를 차지해 탄소중립을 달성하기 위한 지속 가능한 항공유(SAF) 개발이 시급하다. 게티이미지뱅크 제공

국내 연구팀이 기후 위기의 주범인 대기 중 이산화탄소를 활용해 지속 가능한 항공유(SAF)를 생산할 수 있는 촉매를 개발했다. 개발된 촉매는 항공 산업뿐 아니라 다른 수송 분야에서도 탄소 배출을 줄이는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST)은 안광진 에너지화학공학과 교수팀이 LG화학 탄소중립연구 TFT와 함께 이산화탄소로 항공유를 생산할 수 있는 촉매를 개발하고 연구결과를 지난달 9일 국제학술지 'ACS 촉매'에 공개했다고 12일 밝혔다.

항공 수송 분야는 전체 이산화탄소 배출량의 24.5%를 차지해 탄소중립을 달성하기 위한 SAF 상용화가 시급하다. 국제항공운송협회는 SAF 사용 비율을 높이기 위해 규제를 강화하는 추세다.

이산화탄소를 전환해 만드는 연료 물질 중에서도 '이소파라핀(Isoparaffin)'은 연소 능력이 효율적인 것으로 알려졌다. 화학적으로도 안정적이라 지속 가능한 고급 연료에 적합한 물질로 평가된다.

연구팀은 이산화탄소로 생성한 액체 탄화수소 내에 이소파라핀의 비율을 극대화하기 위해 새로운 촉매를 도입했다. 먼저 나트륨(Na)과 산화철(Fe3O4)이 조합된 촉매로 이산화탄소를 탄화수소 혼합물로 만든 뒤 새로 개발한 촉매인 '플래티넘 텅스텐-지르코니아(Pt/WO3-ZrO2) 촉매'를 활용해 이소파라핀 생성을 촉진했다.

2단계 촉매 반응을 통해 지속 가능한 항공유로 쓰이는 이소파라핀을 생성하는 과정. UNIST 제공

새로운 촉매의 성능 테스트 결과 기존 연구에 활용됐던 제올라이트 촉매보다 이소파라핀 생성 비율이 더 높았다. 또 촉매에 침적되는 탄소로 인한 촉매 비활성화를 최소화하고 반응 100시간 이후에도 촉매 활성이 떨어지지 않는 것으로 나타났다. 이산화탄소를 직접 이소파라핀으로 전환해 공정 효율성도 향상됐다.

연구팀은 "장시간 동안 안정적인 반응이 가능해 상용화 가능성이 매우 높다"며 "항공 산업뿐 아니라 다른 수송 분야에서도 탄소 배출을 획기적으로 줄이는 데 도움이 될 것"이라고 내다봤다.

안광진 교수는 "기존 제올라이트 촉매의 한계를 극복하고 이소파라핀의 생성 비율을 극대화할 수 있는 새로운 촉매 방법을 제시했다"고 밝혔다.

김원희 LG화학 책임연구원은 "개발된 기술은 연료의 경제성을 높이고 추가 정제 과정에서 발생하는 비용을 최소화할 수 있어 산업적 활용 가치가 높다"고 전했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1021/acscatal.4c03441

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]