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폐식용유 한계 넘었다…마이크로채널 반응기로 '분산형 항공연료 생산' 가능성 제시음식물쓰레기와 하수 찌꺼기에서 발생하는 매립지 가스를 활용해 '지속가능 항공유(SAF)'를 생산하는 국내 기술이 실증 단계에 도달했다.기존 대규모 플랜트 중심의 항공유 생산 방식을 넘어,지역 매립지에서도 적용 가능한 소형·분산형 생산 체계를 제시했다는 점에서 주목된다.
한국화학연구원은 이윤조 책임연구원이 이끄는 연구팀이 인투코어테크놀로지와 공동으로 음식물쓰레기 등 유기성 폐자원에서 나오는 매립지 가스를 원료로 하루 100㎏ 규모의 지속가능 항공유(SAF)를 생산하는 통합 공정 실증에 성공했다고 밝혔다. 인투코어테크놀로지에서 구축한 플라즈마 개질 반응기.화학연 제공 
SAF 공급난 해법 찾는다…'폐식용유 의존' 한계 극복
항공 산업은 전 세계 탄소 배출의 주요 원인 중 하나로,국제사회는 SAF 의무 사용 확대를 핵심 대안으로 추진하고 있다.SAF는 유기성 폐자원이나 바이오매스를 활용해 생산되는 재생 항공유로,기존 화석 항공유 대비 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있다.다만 높은 생산 비용과 원료 확보 한계로 인해 일부 유럽과 일본 항공사는 SAF 비용을 항공 요금에 반영하는 상황이다.
현재 정유 업계는 주로 폐식용유를 SAF 원료로 사용하고 있지만,발생량이 제한적이고 바이오디젤 등 다른 용도와 경쟁하면서 가격과 수급 안정성에 한계가 있다.반면 이번 연구는 음식물쓰레기·가축 분뇨 등에서 발생하는 풍부하고 저렴한 매립지 가스를 활용한 국내 첫 SAF 실증 사례다.
매립지 가스로 항공유를 만들기 위해서는 ▲불순물 제거 및 전처리 ▲기체 연료를 액체 항공유로 전환하는 고효율 반응이라는 두 가지 난제를 해결해야 한다.연구팀은 매립지 가스 전처리부터 합성가스 제조,액체 연료 전환까지 전 공정을 하나의 패키지로 통합 개발했다.
인투코어테크놀로지는 음식물쓰레기 매립지에서 포집한 가스를 공급받아 분리막 기반 전처리 공정으로 황 성분 등 불순물과 과도한 이산화탄소를 제거한 뒤,플라즈마 개질 반응기를 이용해 항공유 생산에 적합한 고압 합성가스(CO·H₂)로 전환했다.이렇게 생성된 합성가스는 화학연으로 전달된다.
화학연은 이후 피셔-트롭쉬(Fischer?Tropsch) 공정을 적용해 기체 상태의 합성가스를 액체 연료로 전환했다.제올라이트·코발트 기반 촉매를 활용해 기존 공정에서 주로 발생하던 고체 왁스 대신 항공유 범위의 액체 연료 선택도를 75% 이상으로 끌어올렸다.
핵심은 '마이크로채널 반응기'…설비 크기 10분의 1
이번 실증의 핵심 기술은 마이크로채널 반응기다.항공유 합성 반응 과정에서는 과도한 발열이 촉매 손상과 반응 폭주로 이어질 수 있는데,연구팀은 촉매층과 냉매층을 교대로 적층한 구조를 적용해 반응열을 빠르게 제거했다.
이 반응기는 집적화·모듈화 설계를 통해 설비 부피를 기존 대비 최대 10분의 1 수준으로 줄였으며,포커 플러시생산 규모 확대 시 모듈을 추가하는 방식으로 확장이 가능하다. 화학연 연구진.뒷줄 오른쪽부터 반시계 방향 한승주 선임,이윤조 책임,윤양식 선임,박선주,지예진,임재준,홍원녹,채호승 연구원,김종경 박사후연구원.화학연 제공 
포커 플러시지예진,임재준,홍원녹,채호승 연구원,김종경 박사후연구원.화학연 제공" style="text-align: center;">
연구팀은 대구 달성군 쓰레기매립장 부지에 약 30평 규모,2층 단독주택 크기의 통합 공정 시설을 구축해 실증을 진행했고,하루 100㎏ 규모의 SAF 연속 생산을 확인했다.현재는 장기 운전 안정성 확보와 촉매·반응기 성능 고도화를 진행 중이다.
이번 성과는 일상적으로 발생하는 유기성 폐자원을 고부가가치 항공 연료로 전환할 수 있음을 실증한 사례다.기존 대형 플랜트 중심의 항공유 생산을 지역 매립지·소규모 폐기물 처리시설로 확장할 수 있는 기술적 기반을 마련했다는 평가다.
연구팀은 "유기성 폐자원을 고부가가치 연료로 전환하는 통합 공정 패키지 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다"고 밝혔다.이영국 한국화학연구원 원장은 "탄소중립과 순환경제를 동시에 실현할 수 있는 대표적 기술로 성장할 것"이라고 말했다.
이번 연구 과정에서 개발된 액체 연료 선택 촉매 기술은 국제학술지에 잇따라 게재되며 학술적 성과도 함께 인정받았다.연구팀은 합성가스를 액체 연료로 직접 전환하는 촉매 설계 성과를 담은 논문 "합성가스를 액체 연료로 직접 전환하기 위한 제올라이트 지지형 이중 기능성 코발트 촉매의 맞춤 설계(Tailoring Zeolite-Supported Bifunctional Cobalt Catalysts for Direct Conversion of Syngas to Liquid Fuels)"를 2025년 11월 촉매 분야 국제학술지 ACS Catalysis 내부 표지 논문으로 발표했다.
이어 "피셔?트롭쉬 합성을 통한 선택적 액체 연료 생산을 위한 코발트 기반 하이브리드 촉매의 종합적 연구(Comprehensive study of cobalt-based hybrid catalysts for selective liquid fuel production via Fischer?Tropsch synthesis)" 성과도 2026년 1월 연료·에너지 분야 국제학술지 Fuel에 게재됐다.이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 '탄소자원화 플랫폼 화합물 제조 기술개발사업' 지원으로 수행됐다.
