이산화탄소로 휘발유·나프타 만든다...하루 50kg 생산 성공
2026.04.28 12:06
| ▲ 재생에너지와 연계하여 이산화탄소 전환 후 액체 탄화수소를 생산하는 PtL 기술 모식도 |
| ⓒ 한국화학연구원 |
이산화탄소(CO₂)를 휘발유와 나프타 같은 액체 탄화수소로 직접 바꾸는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이 기술로 하루 50킬로그램(kg) 규모의 시범 생산에도 성공했다. 탄소를 배출물이 아닌 자원으로 바꾸는 기술이 상용화 단계로 다가섰다는 평가가 나온다.
한국화학연구원은 28일 김정랑 박사 연구팀이 지에스(GS)건설, 한화토탈에너지스와 공동으로 이산화탄소와 수소(H₂)를 중간 단계 없이 바로 반응시켜 액체 탄화수소를 생산하는 촉매·공정 기술을 개발했다고 밝혔다.
| ▲ CO2 수소화 촉매(좌), CO2로부터 생산된 액체 탄화수소 |
| ⓒ 한국화학연구원 |
앞서 연구팀은 2022년 하루 5kg 규모의 미니 파일럿 플랜트(Pilot Plant, 시범 생산 설비) 연구를 마치고 관련 기술을 기업에 이전한 바 있다. 이후 지난해 말에는 국내 최초로 하루 50kg 생산이 가능한 파일럿 플랜트를 구축했다. 연구진은 이를 바탕으로 연간 10만 톤 이상 생산이 가능한 상용 공정 설계에 나선다는 계획이다.
| ▲ 하루 50kg 생산 파일럿 설비 |
| ⓒ 한국화학연구원 |
화학연에 따르면 최근 중동 호르무즈 해협 봉쇄 등으로 석유와 나프타 수급 불안이 커지면서 발전소와 공장에서 배출되는 이산화탄소를 활용하는 기술이 주목받고 있다. 자동차 연료용 휘발유와 플라스틱 원료인 나프타를 이산화탄소로 대체할 수 있기 때문이다.
기존 기술은 이산화탄소를 일산화탄소로 바꾼 뒤 다시 탄화수소로 전환하는 2단계 방식이었다. 이 과정에서 800도 이상의 고온과 복잡한 설비가 필요해 경제성이 떨어진다는 한계가 있었다.
이번에 개발된 기술은 단일 공정에서 반응이 이뤄지는 촉매를 적용해 이러한 문제를 해결했다. 약 300도(270~330도), 10~30bar(바, 압력 단위) 수준의 비교적 낮은 온도와 압력에서 작동하며, 공정이 단순해 에너지 사용과 비용을 줄일 수 있다. 현재 순환 공정을 적용할 경우 약 50% 수준의 수율을 확보했으며, 하루 생산량은 20리터 용기 3개 분량이다.
| ▲ CO2 간접전환공정(좌) 및 직접전환공정(우) 비교 |
| ⓒ 한국화학연구원 |
연구팀은 "촉매 제조와 운전 조건 개선으로 안정성을 높였고, 기존 방식보다 에너지 효율이 뛰어나다"면서 "상용화 기반 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다"고 설명했다.
향후 연구진은 파일럿 플랜트 장기 운전을 통해 실증 데이터를 축적하고, 이를 토대로 경제성 분석과 온실가스 감축 효과 평가를 진행할 예정이다. 본격적인 사업화 가능 시기는 2030년대 초반으로 예상하고 있다. 상용화에 성공할 경우 석유 수입 의존도를 낮추고, 에너지 안보를 강화하는 효과가 있을 것으로 기대된다.
시장 조사 기관인 피앤에스 인텔리전스(P&S Intelligence)의 합성 연료 시장 규모 및 점유율 분석(2024-2030)을 보면, 이산화탄소 수소화(CO2 Hydrogenation)를 통해 생산되는 합성연료(Synthetic Fuels) 분야 전세계 시장 규모는 약 510억 달러(2024년 기준) 규모다. 연평균 성장률(CAGR)은 약 5.6%로, 오는 2030년 약 706억 달러 규모에 이를 것으로 전망하고 있다. 주로 자동차와 항공, 선박 분야에서 화석연료 대체 수요가 증가하고 있으며, 특히 지속가능 항공유(SAF), e-fuel(전기 기반 연료), 친환경 선박 연료 분야에서 수요가 크게 확대될 것으로 보고 있다.
| ▲ 파일럿 설비에서 생산되어 20리터 용기에 담긴 액체 탄화수소 |
| ⓒ 한국화학연구원 |
연구팀은 "이번 기술이 태양광·풍력 등 재생에너지와 결합할 경우 전력을 액체 연료로 전환하는 'PtL(Power-to-Liquids)' 기술의 핵심 요소로 활용될 수 있을 것"이라고 강조했다. PtL 기술은 탄소중립 실현을 위한 중요한 목표 중 하나로, 재생에너지로 생산한 수소와 포집된 이산화탄소를 결합해 친환경 연료를 만드는 방식이다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 '탄소자원화 플랫폼 화합물 제조 기술개발' 사업의 지원을 받아 수행했다. 연구 성과는 국제학술지 2026년 3월호 표지 논문으로 게재됐다.
| ▲ 화학연 연구진 (우측 상단부터 반시계 방향) 민형기 선임, 박해구 책임, 김정랑 책임, 박민준 연구원, 이태정 연구원, Khasan Nasriddinov 화학연-UST학생연구원, 김애리 연구원, Chen Jingyu 박사후연구원, 류수현 학생연구원, 민지은 연구원 |
| ⓒ 한국화학연구원 |
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