음식물쓰레기 매립 가스로 항공유 만든다…화학연 생산공정 실증

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국화학연구원은 이윤조 박사 연구팀이 인투코어테크놀로지㈜와 공동 연구를 통해 음식물쓰레기 등 유기성 폐자원 매립지에서 나오는 가스로 항공유를 생산하는 통합공정 실증에 성공했다고 23일 밝혔다.

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

매립지 가스로 항공유를 만들기 위해선 불순물을 줄여 항공유 생산에 적합한 중간원료로 정제해야 한다. 기체 상태의 중간원료인 합성가스에서 항공유 등 액체 연료로 바꾸는 효율도 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.

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

화학연은 '피셔-트롭쉬 공정'이라는 오래된 기술을 활용해 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 된다.

화학연은 제올라이트·코발트 기반 촉매를 활용해 고체 부산물 대신 액체 연료가 생산되도록 선택도를 개선했다.

특히 화학연은 핵심 기술로 '마이크로채널 반응기'를 적용했다. 항공유 제조 반응 중 과도한 발열은 촉매 손상으로 이어질 수 있다. 연구팀이 개발한 마이크로채널 반응기는 촉매층과 냉매층을 교대로 적층한 구조로, 반응열을 신속하게 제거해 반응 폭주를 억제한다.

또 집적화·모듈화 설계를 통해 설비 부피를 최대 10분의 1로 줄였다. 추후 생산 규모 확충이 필요하면 모듈을 추가하면 된다.

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

이번 성과는 향후 분산형 SAF 생산 체계 구축과 국내 SAF 산업 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.

연구팀은 "유기성 폐자원을 고부가가치 연료로 전환하는 통합공정 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다"고 평가했다.

이영국 원장은 "탄소중립과 순환경제를 동시에 실현할 수 있는 대표적 기술로 성장할 것"이라고 기대했다.

연구팀이 액체 연료를 선택적으로 제조하는 촉매 2개를 개발한 성과는 촉매 분야 국제학술지 ACS카탈리시스(ACS Catalysis) 내부 표지논문과 연료·환경 분야 국제학술지 퓨얼(Fuel)에 각각 게재됐다.

jongseo12@news1.kr