공기 중 CO₂로 휘발유를 만든다? 인공 휘발유 기술의 현황과 실현 가능성
공기 중 CO₂로 휘발유를 만든다? 인공 휘발유 기술의 현황과 실현 가능성
기후 변화 대응을 위한 탄소중립 대안으로 ‘공기 중 CO₂ 포집을 통한 합성 휘발유 생산 기술’이 주목받고 있습니다. 이 기술은 기존 화석연료를 대체할 수 있는 친환경 연료 생산 방식으로, 전 세계에서 활발한 연구개발이 이뤄지고 있으며 상업화를 위한 여러 파일럿 프로젝트가 진행 중입니다.
1. 휘발유의 화학 구조와 기본 개요
휘발유는 일반적으로 탄소 수 4~12개의 탄화수소 화합물 혼합물로 구성됩니다. 파라핀계(알칸), 올레핀계(알켄), 나프텐계(고리형 알칸), 방향족(아로마틱) 등이 포함되며, 대표 성분인 이소옥탄(C₈H₁₈)은 고옥탄가 연료의 기준이 됩니다. 기존에는 원유 정제를 통해 생산되지만, 합성 연료로도 동일한 화학 구조를 가질 수 있어, 화석원유를 대체하는 데 잠재력이 큽니다.
2. CO₂ 포집 기반 인공 휘발유 제조 기술의 원리
합성 휘발유를 만들기 위해서는 CO₂를 환원시켜 탄화수소로 전환하는 과정이 필요합니다. 대표적인 기술 원리는 다음과 같습니다:
- Fischer-Tropsch(F-T) 공정: CO₂를 수소와 반응시켜 합성가스(CO+H₂)를 만들고, 이를 F-T 공정을 통해 액체 탄화수소로 전환. 독일 Sunfire의 사례가 대표적.
- 메탄올 전환 경로: CO₂를 메탄올로 전환(Cu–ZnO 촉매 등 활용) 후, MTG(Methanol-to-Gasoline) 공정으로 고옥탄가 휘발유로 변환. 아이슬란드의 바이오메탄올 사례 존재.
- 전기화학적 CO₂ 환원: CO₂를 전기 에너지로 직접 환원하여 에탄올 등의 연료 알코올을 만든 뒤, 이를 촉매로 처리해 휘발유로 전환. 미국 Prometheus Fuels의 전기화학 셀 기술 등.
- 기타 접근: 광촉매, 광전기화학 셀, 미생물 기반 바이오 연료 등도 연구 중이지만 현재는 연구실 수준.
3. 글로벌 기술 개발 사례
| 기관/기업 | 기술 방식 | 개발 단계 |
|---|---|---|
| Carbon Engineering (캐나다) | CO₂ 직접 공기 포집 + 수소화 → F-T 공정 | 파일럿 (2017년 CO₂ 연료화 성공) |
| Audi & Sunfire (독일) | 재생에너지 기반 수소 + CO₂ → e-디젤 | 파일럿 (연간 수천 리터 생산) |
| HIF Global (칠레) | 풍력 기반 DAC + 메탄올 → 휘발유 전환 | 데모 (연간 13만 ℓ e연료 생산) |
| Prometheus Fuels (미국) | 전기화학적 CO₂ 환원 + 촉매 | 개발 중 (연간 10만 갤런 목표) |
4. 기술적·경제적 현실과 과제
CO₂ 기반 연료 생산은 역화학 반응이므로 막대한 에너지 투입이 필요합니다. 휘발유 1리터 생산에 약 25~30kWh의 전기가 필요하며, 수소와 CO₂ 포집 비용을 포함하면 리터당 5~7만 원 수준의 단가가 발생할 수 있습니다. 그러나 대규모 생산, 기술 발전, 정책 지원을 통해 장기적으로는 리터당 1~2유로 수준도 가능하다는 분석이 있습니다.
5. 환경적 영향과 장점
- 장점: 연료 연소 시 CO₂를 다시 배출하지만 이는 이미 공기에서 포집된 것이므로 순배출은 제로. 고옥탄가, 저황, 저방향족의 고품질 연료 가능. 기존 내연기관 차량과 호환.
- 문제점: 질소산화물 등 일부 오염물질 여전히 발생, 재생에너지 설비와 수자원 소비 부담, 효율 대비 에너지 소모 큼.
6. 상업화 가능성과 향후 전망
현재는 소규모 실증 단계이나, EU·독일 등은 e-연료를 정책적으로 인정하고 있으며 항공기·선박 등 전기화가 어려운 분야에서 수요가 기대됩니다. 2030년대에는 본격 상업화와 시장 확대 가능성이 크며, 기술은 이미 차량 주행까지 실현된 바 있어 “CO₂에서 휘발유를 뽑아내는 시대”가 현실화되고 있습니다.
탄소중립 사회로의 전환을 위해 합성 휘발유 기술이 어떤 역할을 할 수 있을지, 우리는 지금 그 미래의 경계선에 서 있습니다.
