- KIST, 전기화학 기술로 리그닌을 지속가능항공유 원료 전환

전해 시스템에서 각 물질의 배열 방식 모식도및 분자 동력학과 관련된 결정 요인.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 지속가능한 항공연료(Sustainable Aviation Fuel, SAF)는 항공 산업의 탄소 배출을 줄이기 위한 핵심 대안으로 주목받고 있다. 항공기는 장거리 운항과 높은 에너지 밀도가 필요한 특성상 전기나 수소 기반 연료의 적용이 쉽지 않아 기존 석유 기반 항공유를 대체하기 어렵다. 현재까지 개발된 SAF 생산 기술은 대부분 고온·고압 조건의 열화학 공정에 의존하고 있어 공정이 복잡하고 에너지 소비가 많아 생산 효율도 낮은 한계가 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 이웅희 박사 연구팀은 전기화학 기술을 활용해 리그닌에서 추출한 실제 바이오매스를 SAF 원료로 전환하는 데 성공했다고 밝혔다.

리그닌은 폐목재나 볏짚 같은 식물성 바이오매스에 풍부하게 들어 있는 성분으로 탄소 함량이 높아 항공유 등 석유를 대체할 수 있는 원료로 적합하다. 또한 식량 자원을 소모하지 않고 농업과 임업 부산물로부터 대량 확보가 가능하다는 점에서도 친환경 원료로 주목받고 있다. 하지만 리그닌에서 추출한 오일은 산소 함량이 높아 기존에는 고온·고압 환경에서만 연료로 전환할 수 있고 이 과정에서 불필요한 부산물이 많이 발생해 실제 항공유 생산에 활용하기는 어려웠다.

전기화학적 탈산소화(EHDO)를 통한 리그닌 유래 오일의 업그레이드 모식도.[KIST 제공]

연구팀은 복잡한 공정 없이도 상온·상압에서 리그닌 오일을 안정적으로 반응시킬 수 있는 전기화학 기술을 개발했다. 이를 통해 실제 자연에서 얻은 복잡한 구조의 리그닌 오일을 그대로 사용하면서도 반응 효율을 크게 높일 수 있었다. 특히 이번 기술은 실제 자연에서 얻은 바이오 자원을 활용해 연료를 만드는 데 성공해 지속가능한 항공연료 생산에 한 걸음 더 다가섰다는 데 의미가 크다.

또한 연구팀은 리그닌 오일이 전기화학 반응에서 더 잘 작동하도록 물질의 성질을 정밀하게 조절했다. 그 결과 기존 방식에서 10% 수준에 머물렀던 전류 효율과 선택도가 60% 이상으로 향상됐으며, 전환율도 98%에 달하는 성과를 얻었다. 이 기술이 고도화된다면 지속가능한 항공연료의 생산 단가를 낮추고 공정을 단순화할 수 있어 비용 부담과 복잡한 생산 과정으로 SAF 도입을 주저하던 항공업계에 실질적인 해법이 될 수 있다. 이를 통해 연료비 절감과 함께 친환경 연료 시장에서의 경쟁력 확보에도 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 리그닌 오일에서 항공유를 생산하는 과정에서 기존보다 적은 에너지로도 상온·상압에서 안정적으로 반응을 진행할 수 있고 반응물 전환율도 높아 상용화 가능성이 크다. 태양광이나 풍력 같은 재생에너지와 함께 사용하면 탄소 배출을 더욱 줄일 수 있어 항공 산업의 탄소 중립 전환을 앞당기고 항공유 수입 의존도 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

이웅희 박사는 “이번 연구는 폐자원을 친환경 항공연료로 전환할 수 있는 새로운 기술적 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크다”면서 “향후 전기화학 기술을 이용한 SAF 생산을 위한 기술 발전의 나침반 역할을 할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국화학회지’에 게재됐다.

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