국내 연구진이 업계와 이산화탄소를 휘발유나 나프타와 같은 액체 탄화수소로 바꾸는 기술을 개발했다. 하루 50kg 규모의 시범 생산에도 성공했다. 다만, 상용화까지는 다소 시간이 걸릴 전망이다.

이 기술 개발은 김정랑 한국화학연구원 탄소자원화 플랫폼 화합물 연구단 책임연구원 주도로, GS건설과 한화토탈에너지스가 공동 수행했다.

김정랑 책임 연구팀은 지디넷코리아와의 전화통화에서 "현재 수율이 50%정도 나온다. 생산성 측면에서 보면 기존대비 혁신적인 것은 맞다. 하지만 경제성을 위해선 좀더 연구가 진행돼야 할 것"이라고 말했다.

김 책임은 "당장 상용화는 어려울지라도, 공정 스케일업을 진행할 기술 수준과 여건은 충분하다고 판단한다"며 "향후 상용화 등에 대비, 향후 연간 10만톤 이상 생산 가능한 상용공정 설계집부터 만들어 나갈 계획"이라고 밝혔다.

연구팀은 지난해 말 국내 최초로 하루 50kg 액체 탄화수소 생산이 가능한 이산화탄소 직접 수소화 파일럿 플랜트를 구축했다. 이 기술은 수소와 이산화탄소를 중간단계 없이 직접 반응시켜 액체 탄화수소로 만드는 촉매·공정 기술이다.

최근 중동 호르무즈 해협 봉쇄로 석유·나프타 수급이 어려워지면서 발전소·공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 자원화하는 기술이 주목받고 있다. 자동차 연료용 휘발유 및 플라스틱 생산의 원료인 나프타 등을 만드는 데 쓰이는 석유를 이산화탄소로 대신할 수 있기 때문이다.

연구팀은 단일 공정으로도 반응이 일어나는 철계열 촉매로 이산화탄소와 수소가 바로 반응하는 온도를 300도까지 낮췄다. 기존에는 800도에서 역수성가스 전환반응을 얻어 이산화탄소를 일산화탄소로 바꾼 뒤 이를 액체 탄화수소로 바꾸는 2단계 간접전환 기술을 썼다.

이 기술은 300도와 20bar(압력) 수준의 비교적 온화한 조건에서 작동한다. 현재 이산화탄소가 휘발유 등 액체 탄화수소로 바뀌는 합성 수율은 다단 반응 및 미반응물을 다시 반복 반응시키는 순환 공정을 적용할 때 50% 수준의 수율이 나온다.

연구팀은 앞으로 파일럿 플랜트 운전과 최적화를 통해 장기간 실증 데이터를 축적하고, 이를 토대로 연간 10만 톤 이상 규모의 상용 공정 설계와 경제성 분석, 그리고 온실가스 감축 효과 평가를 진행할 계획이다.

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연구결과는 화학기술 분야 국제학술지 'ACS 서스테이너블 캐미스트리 앤 엔지니어링'(IF: 7.3) 3월호 표지논문으로 게재됐다.

연구는 민형기 화학연구원 선임연구원이 교신저자, 천징위(Chen Jingyu) 박사후연구원이 1저자로 참여했다.