나무·풀로 '항공유'를 만들었다고? 항공산업 탄소 감축 견인 [세상을 깨우는 발견]

KIST, 식물 자원 활용한 '차세대 지속가능 항공유(SAF)' 개발

[유창재 기자]

▲ 반응 공정 운전 후 회수된 바이오항공유 반응 공정 운전 후 회수된 바이오항공유 ⓒ KIST 제공

나무와 풀, 목재 등 식물 원료를 사용해 석유 항공유와 가장 유사한 성분을 지니는 차세대 지속가능 항공유(SAF, Sustainable Aviation Fuel)를 국내 연구진이 개발했다. 이를 통해 장시간 연속 운전 기술을 확보하는 등 항공산업의 친환경 전환에 기여할 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)는 13일 청정에너지연구센터 하정명 박사와 유천재 박사 연구팀이 식물원료 항공유의 상업화 연구를 통해 이같이 항공 산업 탄소 감축을 이끌 '차세대 지속가능 항공유(SAF)'를 개발했다고 밝혔다.

KIST는 이번 연구의 성과에 대해 "공급이 제한적인 폐식용유, 팜유 등을 대신하여 비식량자원인 나무, 풀 등의 식물자원으로부터 지속가능한 바이오항공유를 생산, 항공산업의 바이오항공유 확보에 기여할 것"이라며 "Neste 등 해외 기업이 주도하고 있는 지속가능 바이오항공유 생산 산업의 주도권을 확보하여 국내 정유 및 석유화학산업의 미래 성장 동력을 확보했다"고 의미를 부여했다.

KIST에 따르면, 2027년 항공 분야 온실가스 의무 감축 시행에 따라 항공업계에서는 폐식용유, 팜유 등으로부터 얻어지는 지속가능 항공유(SAFl) 도입을 적극적으로 검토하고 있는 상황이다.

하지만, 기존 지속가능 항공유는 식량 자원으로부터 유래된 항공연료로, 석유 항공유의 일부 성분만 대체할 수 있어 이를 항공기에 실제 사용하기 위해서는 석유와 혼합해야 하는 한계가 있다. 또, 원료 확보가 어려워 2023년 지속가능 항공유 생산량이 전체 항공유 생산량의 0.2%에 불과하다고 짚었다.

▲ 나무, 풀로부터 차세대 지속가능 바이오항공유 생산 기존의 지속가능한 바이오항공유가 석유 항공유의 일부 성분만을 생산할 수 있는데 비해, 이번 연구에서 생산되는 바이오항공유는 석유 항공유 전성분을 생산하는데 기여할 수 있다. ⓒ KIST 제공

반면, '차세대 지속가능 항공유'는 식물 원료를 포함한 다양한 원료와 기술로 생산되는 항공유로, 식량 자원 중심의 기존 지속가능 항공유의 한계를 극복하기 위한 대안으로 떠올라 활발히 연구되고 있다.

이런 가운데 KIST 연구팀은 '나무'와 '풀'과 같은 비식용 식물 자원을 분해해 얻은 오일을 기반으로 탈산소 및 중합 반응을 통해 고에너지 성분이 포함된 '지속가능 항공유'를 생산하는 데 성공낸 것이다.

연구팀은 석유 항공유 성분 중 50%를 차지하는 파라핀만을 포함하는 기존 지속가능 항공유와는 달리 나프텐, 방향족 등의 대부분의 고에너지 성분이 포함돼 있는 것을 확인했다.

또한, 연구팀은 차세대 지속가능 항공유 생산공정을 100시간 이상 연속 운전을 통해 상업화로의 연계 가능성을 높였는데, 이는 항공유에 필요한 높은 열량의 고에너지 연료 성분 생산 기술을 단순히 실험실에서 확인하는 것이 아니라 실제 산업 현장에서 대량 생산이 가능한 기술적 기반을 마련했다는 성과를 거뒀다.

▲ 나무 풀 등으로부터 생산된 바이오항공유 추출 과정 다양한 분해 반응으로 목재, 풀, 폐기물 등으로부터 분해 오일을 얻고 이로부터 촉매 반응을 통해 항공유로 적합한 나프텐 등을 포함하는 차세대 지속가능 항공유를 생산한다. 이는 파라핀을 포함하는 기존 지속가능 항공유와 혼합하면 석유 항공유를 완전히 대체할 수 있다. ⓒ KIST 제공

KIST는 이번 연구에 대해 "항공산업이 온실가스 감축 규제에 효과적으로 대응할 수 있는 가능성을 열었다"면서 "특히, 넓은 경작지가 필요한 식용유 등 식량 자원 기반의 기존 지속가능 항공유와 달리 비식용 식물 원료 기반 항공유는 폐가구, 농업·임업 폐기물 등에서 원료를 수월하게 확보할 수 있어 가격경쟁력까지 갖추게 될 전망"이라고 강조했다.

나아가 연구팀은 비식용 식물 원료 항공유의 상업화를 위해 현재 확보된 연속 운전 기술을 파일럿 규모에서 실증하고 상용 공정을 위한 대규모 스케일업 연구를 지속할 예정이다.

하정명 KIST 박사는 "지속가능 항공유는 일반 석유 항공유 대비 탄소배출량을 80%까지 줄일 수 있다"면서 "이번 기술은 나무나 풀 같은 비식량 자원도 항공유 생산에 활용할 수 있어 기존 식용 원료에 집중됐던 연료 자원의 활용 범위를 넓혔다"고 설명했다.

그러면서 하 박사는 "향후 차세대 지속가능 항공유의 상용 공정 기술을 빠르게 확보해 글로벌 경쟁력을 선도하겠다"고 전했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 기후변화대응기술개발사업, 환경부(장관 김완섭) 플라즈마 활용 폐유기물 고부가가치 기초원료화 사업으로 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 <Energy Conversion and Management>(IF 9.8, JCR 분야 1.5%)에 지난 8월 15일 게재됐다.