이산화탄소를 이용해 제트 연료 만들기

(Credit: Unsplash/CC0 Public Domain)

최근 전기차, 하이브리드차, 수소차 등 미래 친환경차 보급이 점점 늘어나면서 화석 연료에 대한 수요 역시 미래에는 내리막길을 걷게 될 것으로 예상됩니다. 하지만 화석 연료처럼 에너지 밀도가 높은 연료가 계속 필요한 분야도 있습니다. 항공기에 에너지 밀도가 낮고 무거운 배터리를 탑재한다면 성능에 큰 제약이 발생할 수 밖에 없습니다. 대형 선박의 경우에는 워낙 많은 에너지가 필요해 배터리 충전 자체가 쉽지 않습니다. 비록 시도가 없는 것은 아니지만, 기존의 화석 연료와 비슷한 대체 연료에 대한 수요가 클 수밖에 없습니다.

옥스퍼드 대학의 벤젠 야오(Benzhen Yao, KACST-Oxford Centre of Excellence in Petrochemicals, Inorganic Chemistry Laboratory, University of Oxford, South Parks Road, Oxford, OX1 3QR, UK)가 이끄는 영국, 사우디 아라비아의 연구팀은 유기물 연소법(organic combustion method)이라는 방법을 사용해서 비교적 낮은 온도에서 이산화탄소로 제트 연료를 생산하는데 성공했습니다.

연구팀은 수소, 시트르산 (citric acid), 이산화탄소를 넣은 후 망간과 포타슘을 첨가한 철 촉매제(Fe-Mn-K catalyst)를 이용해 섭씨 350도에서 반응시켰습니다. 압력 용기에서 20시간 반응시킨 결과 전체 이산화탄소의 38%가 제트 연료와 다른 물질로 변했습니다. 변화된 물질 가운데 제트 연료는 48%였으며 나머지는 물, 에틸렌, 프로필렌 등이었습니다.

현재 항공 산업은 운송과 관련된 이산화탄소 배출의 12%를 차지하고 있으며 점점 항공 수요가 늘어남에 따라 이 비율도 올라가고 있습니다. 이 부분에서 탄소 중립을 달성하기 위해서는 배터리 기술만으로는 한계가 있고 새로운 대체 연료 개발이 시급합니다. 따라서 이산화탄소를 연료로 바꾸는 연구가 활발하게 진행 중입니다.

연소 과정과는 반대로 이산화탄소와 다른 원소를 연료로 바꾸는 일은 얼마든지 가능합니다. 문제는 경제성입니다. 과연 경제적으로 대량 생산이 가능한 방법이 나올 수 있을지 미래가 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2020-12-jet-fuel-carbon-dioxide.html

Benzhen Yao et al. Transforming carbon dioxide into jet fuel using an organic combustion-synthesized Fe-Mn-K catalyst, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-20214-z

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