물에서 추출한 수소와 탄소 결합
이퓨얼, 항공·해운 친환경화 핵심
스페인과 미국서 대량생산 시도

가솔린, 디젤 등 석유 기반 연료는 글로벌 경제의 핵심 에너지원입니다. 하지만 지구의 석유 분포가 불균등한 탓에 대부분 국가가 일부 자원 부국으로부터의 수입에 의존하고 있지요. 이 때문에 과거부터 석유 대체 연료를 만드는 시도는 꾸준히 있었습니다. 특히 최근에는 신재생에너지 기술의 발달에 힘입어 물을 전기 분해해 얻은 수소에 이산화탄소나 질소 등을 합성한 친환경 합성 연료 이퓨얼(Electricity-based fuel: E-fuel)이 부상하고 있습니다.

전기로 추출한 수소에 탄소 합성해 만드는 연료

'이퓨얼'의 장점은 내연기관을 대체하지 않고도 환경오염 우려를 덜 수 있다는 것이다. 픽사베이

최초의 합성 석유 생산 기술은 1910년대 독일에서 탄생했습니다. 당시 독일은 안정적인 석유 공급로를 마련하기 위해 '석탄액화'라는 기술에 투자했지요. 석탄을 가열해 일산화탄소로 바꾼 뒤 수소와 반응시켜 합성 석유를 만드는 방식입니다.

그러나 석탄액화기술로 합성한 석유는 유전에서 추출한 석유보다 훨씬 비쌌습니다. 제2차 세계대전 당시 연합군에 무역로를 봉쇄당한 독일이 울며 겨자 먹기로 사용하는 정도에 그쳤지요. 현재는 독일에 기술 이전을 받은 남아프리카공화국 기업 사솔(Sasol)이 세계 최대의 석탄액화 석유 플랜트를 보유하고 있지만, 생산량은 일일 15만배럴로 한국 소비량(일일 250만배럴)의 6%에 불과한 수준입니다.

최근 과학자·기업인들은 물을 이용해 친환경 합성 연료를 만드는 이퓨얼 신기술로 관심을 돌리고 있습니다. 이퓨얼은 전기로 물을 분해해 수소를 추출한 뒤, 해당 수소에 이산화탄소를 합성해 탄화수소 연료를 만드는 과정을 거칩니다. 이 과정을 이용하면 합성 가솔린, 합성 디젤유, 합성 항공유 등 다양한 연료를 친환경적으로 생산할 수 있습니다. 그래서 이퓨얼을 쉽게 말해 친환경 인공석유라고 부르기도 합니다.

독일 쾰른의 수전해(PEM) 수소 생산 장치(위)와 미국 탄소 포집용 팬(아래). 두 장치를 사용하면 물과 대기에서 각각 수소와 이산화탄소를 추출해 합성할 수 있다. 로열더치쉘·미 기계공학학회 홈페이지 캡처

이퓨얼 공정의 가장 큰 장점은 환경에 무해하다는 겁니다. 물에서 수소를 추출하는 수전해(PEM) 공정은 부산물로 수증기만 남깁니다. 이산화탄소는 대기 중의 성분을 탄소 포집으로 확보합니다. PEM, 탄소 포집에 쓰일 전기만 신재생에너지로 공급하면 환경오염 없는 깨끗한 연료를 만들 수 있습니다.

걸림돌은 석탄액화와 마찬가지로 비용입니다. PEM, 탄소 포집 모두 막대한 전기를 소모하는 공정인 탓입니다. 지금껏 미국, 유럽 등 선진국에서 수많은 스타트업들이 이퓨얼 생산법을 시도하고 있지만, 아직 대량 생산에 성공한 업체는 없습니다.

항공, 해운업계 탈탄소화 전략 핵심

2026년 시범 가동 예정인 스페인 빌바오 항구 E-연료 생산 단지. 렙솔 홈페이지 캡처

다만 앞으로 수년 안에 상황이 반전될 가능성이 있습니다. 지난해 10월 스페인 에너지업체 렙솔은 빌바오 항구 인근에 2억유로 규모 이퓨얼 생산 플랜트를 설치하기로 했습니다. 미국의 대체 연료 스타트업 인피니엄도 지난달 텍사스주에 100메가와트(MW) 용량 이퓨얼 플랜트 착공에 나섰다고 밝혔습니다. 두 시설은 각각 2026년, 2027년 완공 예정이며, 둘 다 유럽·미국 최대 규모의 이퓨얼 생산 단지로 자리매김할 예정입니다.

빌바오 플랜트에서는 매일 50배럴의 이퓨얼을 생산할 수 있습니다. 인피니엄 플랜트는 이보다 10배 이상인 일일 526배럴 생산을 목표로 합니다. 물론 둘 다 일일 1300만 배럴 이상의 원유를 추출하는 미국 석유업계와 비교하면 아직 새 발의 피에 불과하지만, 환경오염 걱정 없는 청정 연료 대량 생산 기술을 실증한다는 점에서 중요한 이정표입니다.

이퓨얼은 실질적으로 전기화를 이루기 어려운 업계에 매우 중요합니다. 예를 들어 항공기의 가스터빈 엔진, 화물선의 초대형 디젤 엔진은 전기 모터의 출력으로 대체하기 어렵지요. 다시 말해 항공업계나 해운업계의 친환경화는 이퓨얼 생산 확대에 달려 있다는 뜻입니다.

실제 텍사스 인피니엄 이퓨얼 플랜트의 주요 투자자, 고객은 모두 항공사입니다. 인피니엄은 텍사스 풍력 발전 단지에서 전기를 공급받기로 했으며, 2027년부터 생산하는 이퓨얼을 미국 아메리칸 항공, 영국 브리티시 항공, 아일랜드 에어링구스 등에 공급할 예정입니다.

임주형 기자 skepped@asiae.co.kr

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