이산화탄소를 활용해 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 지속 가능한 항공유(SAF) 생산 촉매 기술이 개발됐다. 대기 중 이산화탄소를 포집해 고부가가치 탄화수소인 이소파라핀을 생성해 탄소중립에 기여할 것으로 보인다.
그림1. 철 촉매 및 산 촉매 기반의 CO2 직접수소화 반응을 통한 이소파라핀 생성 조성도
에너지화학공학과 안광진 교수팀과 LG화학 탄소중립연구 TFT는 이산화탄소를 활용해 지속 가능한 항공유(SAF) 생산에 적합한 이소파라핀 생성 촉매를 개발했다. 철 기반 촉매와 함께 사용돼 기존 제올라이트 촉매를 대체하며, 이소파라핀 생성 비율을 크게 높이는 데 성공했다.
그림2. 철 촉매 및 산 촉매 기반의 CO2 직접수소화 반응을 통한 지속가능 항공유 생산 공정
특히 플래티넘 기반 텅스텐-지르코니아 촉매를 이용해 생산된 항공유는 기존 화석연료 기반 항공유에 비해 탄소 배출량을 최대 80%까지 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이산화탄소를 직접 이소파라핀으로 전환함으로써 공정 효율성도 크게 향상시킨 것이 특징이다.
그림3. 지속가능한 항공유 (SAF)의 요구 성분
이 촉매는 탄소 침적이 적고 장시간 동안 안정적인 반응이 가능해 상용화 가능성이 매우 높다. 항공 산업은 물론, 다른 수송 분야에서도 탄소 배출을 획기적으로 줄이는 데 도움이 될 것으로 전망된다.
그림4. 산 촉매의 종류에 따른 CO2 수소화 반응을 통한 액체 탄화수소 내 각 탄화수소 종류 조성 변화
안광진 교수는 “반응 중 코크에 취약한 기존 제올라이트 촉매의 한계를 극복하고, 이소파라핀의 생성 비율을 극대화할 수 있는 새로운 촉매 방법을 제시했다”고 설명했다. 김원희 LG화학 책임 연구원은 “이 기술은 연료의 경제성을 높이고, 추가 정제 과정에서 발생하는 비용을 최소화할 수 있어 산업적 활용 가치가 높다”고 강조했다.
그림5. 플래티넘 텅스텐 지르코니아 촉매 활용 분석 결과
현재 항공 수송 분야는 전체 이산화탄소 배출량의 24.5%를 차지하고 있으며, 탄소 중립을 달성하기 위해 SAF의 상용화가 시급한 과제로 떠오르고 있다. 국제항공운송협회는 SAF 사용 비율을 높이기 위한 규제를 강화하고 있다.
연구는 한국기초과학지원연구원의 기술적 지원을 받아 진행됐으며, 결과는 세계적인 국제학술지 ‘ACS Catalysis’에 지난 8월 9일 자로 온라인 게재됐다. 연구는 한국연구재단과 산업통상자원부 소재부품장비 지원사업 지원을 받았다.
