▲ 화학연 연구팀이 대구에 구축한 실증 시설에서 생산한 지속가능 항공유를 용기에 담고 있다.

국내 연구진이 음식물쓰레기 등 유기성 폐자원에서 발생하는 매립지 가스를 활용해 지속가능 항공유(SAF)를 생산하는 통합공정 실증에 성공했다. 이번 성과는 SAF의 안정적 공급 기반을 넓히는 동시에 생산 비용 절감 가능성을 제시하며, 분산형 SAF 생산 체계 구축과 국내 항공·에너지 산업의 탄소중립 경쟁력 강화로 이어질 것으로 기대된다.

한국화학연구원(원장 이영국, 이하 화학연)은 이윤조 박사 연구팀이 인투코어테크놀로지㈜와 함께 음식물쓰레기 등 유기성 폐자원에서 발생하는 매립지 가스를 활용해 항공유를 생산하는 통합공정 실증에 성공했다고 25일 밝혔다.

이미 정유업계는 폐식용유를 원료로 SAF를 생산하고 있지만, 폐식용유는 발생량이 제한적이고 바이오디젤 등 타 용도와 경쟁해 가격이 높고 확보가 어렵다는 한계가 있다. 반면 이번 기술은 음식물쓰레기와 가축 분뇨 등에서 발생하는 풍부하고 저렴한 매립지 가스를 활용한 국내 첫 실증 사례로, 원료 수급과 비용 측면에서 경쟁력이 크다는 평가다.

매립지 가스로 항공유를 생산하기 위해서는 불순물 제거와 함께 기체 상태의 중간원료를 액체 연료로 효율적으로 전환하는 기술이 핵심이다. 연구팀은 매립지 가스 전처리, 합성가스 제조, 합성가스-액체연료 전환 촉매 반응 공정을 하나로 묶은 통합 공정을 개발했다.

공정의 앞단은 인투코어테크놀로지㈜가 담당했다. 매립지에서 포집한 가스를 분리막 공정을 통해 황 성분 등 불순물을 제거하고, 과도한 이산화탄소를 줄인 뒤 자체 개발한 플라즈마 개질 반응기를 이용해 일산화탄소와 수소로 구성된 고압 합성가스로 전환한다. 이렇게 생산된 합성가스는 화학연의 후단 공정으로 전달된다.

화학연은 합성가스를 액체 연료로 전환하기 위해 ‘피셔-트롭쉬 공정’을 적용했다. 연구팀은 제올라이트·코발트 기반 촉매를 활용해 고체 왁스 부산물 생성을 최소화하고, 액체 연료 선택도를 크게 높였다.

특히 핵심 기술로 적용된 ‘마이크로채널 반응기’는 이번 성과의 주목할 만한 요소다. 항공유 합성 과정에서 발생하는 과도한 반응열은 촉매 손상의 원인이 되는데, 마이크로채널 반응기는 촉매층과 냉매층을 교대로 적층한 구조로 반응열을 신속히 제거해 반응 폭주를 억제한다. 또한 집적화·모듈화 설계를 통해 설비 부피를 기존 대비 최대 10분의 1 수준으로 줄였으며, 향후 생산 규모 확대 시 모듈 추가만으로 대응이 가능하다.

연구팀은 대구 달성군 쓰레기매립장 부지에 약 30평 규모(2층 단독주택 크기)의 통합 공정 실증 설비를 구축하고, 하루 100kg 규모의 SAF 생산에 성공했다. 이 과정에서 액체 연료 선택도는 75% 이상을 기록했으며, 현재는 장기 운전 조건 최적화와 촉매·반응기 성능 고도화를 진행 중이다.

이번 성과는 일상적으로 발생하는 음식물쓰레기와 하수 찌꺼기에서 나오는 가스를 고부가가치 항공 연료로 전환할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 특히 기존 대규모 플랜트에서만 가능했던 항공유 생산 공정을 지역 매립지나 소규모 폐기물 처리시설로 확장할 수 있어, 향후 분산형 SAF 생산 체계 구축과 국내 SAF 산업 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.

연구팀은 “유기성 폐자원을 고부가가치 연료로 전환하는 통합공정 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다”고 평가했으며, 이영국 화학연 원장은 “탄소중립과 순환경제를 동시에 실현할 수 있는 대표적인 기술로 성장할 것”이라고 밝혔다.

한편, 액체 연료 선택성을 높이는 촉매 2종 개발 성과는 촉매 분야 국제학술지 ACS Catalysis(IF 13.1) 2025년 11월호 내부 표지 논문과 연료·환경 분야 국제학술지 Fuel(IF 7.5)에 각각 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 탄소자원화 플랫폼 화합물 제조 기술개발사업 지원으로 수행됐다.