온실가스 이산화탄소 휘발유로 직접 전환해 쓴다

↑ 한국화학연구원 연구진이 대기 중 이산화탄소를 포집·전환해 만든 휘발유. [사진 제공 = 한국화학연구원]

지난해 대기 중 온실가스 농도가 사상 최고치를 기록한 가운데, 국내 연구진이 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 휘발유로 직접 전환할 수 있는 새로운 촉매를 개발하는 데 성공했다. 탄소를 기준으로 이산화탄소가 휘발유로 전환되는 비율이 상용화가 가능한 수준인 20%에 달해 온실가스 저감은 물론 경제적인 자원 개발이 가능할 것으로 기대된다.
한국화학연구원 탄소자원화연구소의 전기원 책임연구원과 김석기 선임연구원 연구진은 이산화탄소를 휘발유로 직접 전환할 수 있는 원천 촉매기술을 확보했다고 10일 밝혔다. 전 연구원은 "이산화탄소 포집 기체를 촉매층에 한 번 통과시킬 때마다 이산화탄소가 20%씩 휘발유로 전환된다"며 "촉매층에 반복 통과시키면 최대 90%까지 전환 가능한 것으로 나타났다"고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '저널 오브 CO2 유틸라이제이션' 12월호에 게재됐다.
이산화탄소를 휘발유로 직접 전환하는 단일 공정은 세계적으로도 초기 단계다. 일반적으로는 이산화탄소를 바로 휘발유로 전환하지 못하고 800도의 고온 조건에서 두 단계를 거쳐 간접적으로 전환하기 때문에 비용과 시간이 많이 들어간다. 반면 직접 전환 공정의 경우 300도의 저온 조건에서 촉매층을 간편히 통과시키기만 하면 이산화탄소를 휘발유로 전환할 수 있어 경제적이다. 전 연구원은 "원천 촉매기술을 확보하는 것이 관건"이라고 설명했다.
연구진은 직접 전환 반응이 가능한 촉매의 성분별 역할을 규명하고 이를 토대로 20%의 안정적인 전환률을 갖춘 이산화탄소-휘발유 직접 전환 촉매를 개발했다. 연구진에 따르면 구리는 이산화탄소(CO2)를 일산화탄소(CO)와 산소(O)로 쪼개고, 철은 표면에 흡착된 산소를 제거하는 반응을 촉진한다. 산소는 수소(H)와 만나 물(H2O)이 된다. 칼륨은 일산화탄소끼리 연쇄적으로 붙어 휘발유로 전환되는 탄화수소반응을 도울 뿐만 아니라 반응의 안정성을 높이는 것으로 나타났다.
전 연구원은 "직접 전환 공정은 간접 전환에 비해 훨씬 효율적인 만큼 상용화 가능성이 높다"며 "내년 초부터 파일럿 플랜트를 활용해 기술을 개선하기 위한 후속 연구를 진행할 계획"이라고 밝혔다. 이어 그는 "2년 뒤에는 실증 규모의 플랜트 건설도 가능할 것"이라며 "계획대로 연구가 진행될 경우 2030년에는 상용화가 가능할 것으로 보고 있다"고 덧붙였다.
현재 이산화탄소-휘발유 전환 기술의 상용화에 가장 가깝게 다가선 곳은 독일의 에너지기업 썬파이어다. 노르웨이 노르딕블루크루드는 썬파이어의 기술을 바탕으로 상용 플랜트를 건설 중이다. 2021년 완공될 예정인 이 플랜트는 연간 2만1000t의 이산화탄소를 연간 8000t의 합성유로 전환할 수 있다.
한편 세계기상기구(WMO)에 따르면 지난해 대기 중 이산화탄소 농도는 407.8ppm으로 사상 최고치를 기록했다. 한국은 '파리기후변화협약'에 따라 2030년 온실가스 배출전망치(BAU) 대비 37%를 감축해야 한다. 그러나 유엔환경프로그램(UNEP)은 지난달 26일(현지 시간) 한국이 추진 중인 탈(脫)원전 정책 등을 들며 한국의 2030년 탄소 배출량이 목표치보다 15% 이상 늘어날 것으로 경고했다.
[송경은 기자]