[연구원칼럼] 폐식용유가 디젤과 항공유로!

 

여러분은 바이오 항공유에 대해 들어보신 적이 있으신가요? SAF (Sustainable Aviation Fuel, 지속가능한 항공유)라고도 부르는데, 이는 석유를 정제해서 생산하는 항공유가 아닌, 식물성 원료에서 제조한 항공유를 뜻합니다. 

최근 항공사들을 중심으로 바이오 항공유를 기존 연료에 혼합해서 사용하거나 사용 계획이 있다는 뉴스 기사가 많이 보도되고 있는데요. 이번 시간에는 바이오 항공유를 생산하는 주요 기술인 HVO에 대해서 알아보겠습니다. 

 

 

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HVO란?

   

 

HVO란 Hydrotreated Vegetable Oil의 약자입니다. 우리말로 표현하면 ‘수소 처리된 식물성 기름’이라고 할 수 있죠. HVO는 폐식용유와 같은 식물성 원료에 수소 첨가 반응을 시켜 생산하는 차세대 바이오 오일입니다.

HVO가 처음부터 항공유를 목적으로 개발된 것은 아니었습니다. 북미 지역에서는 “renewable diesel”로 알려져 있는데, 이는 HVO가 원래 자동차에 사용되는 디젤 연료를 대체하기 위해 개발된 기술이었기 때문입니다. 하지만 HVO는 현재 내연기관 연료가 아닌 항공유 활용 목적으로 각광을 받고 있습니다. 

HVO의 세계 시장 수요는 2020년 600만 톤 규모였는데요. 글로벌 신재생에너지 정책과 친환경 연료 사용 의무화 등의 이유에 따라 2025년 3천만 톤 규모로 연평균 40% 이상 큰 폭의 성장률을 기록할 전망입니다.

 

 

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HVO 제조 공정: ① HDT 공정

  

 

HVO 제조 공정은 크게 두 부분으로 나누어집니다. 식물성 원료는 트리글리세리드( Triglyceride)*라는 분자 구조로 이루어져 있는데요, 이를 쪼개기 위해 첫번째 공정인 HDT(Hydrotreating) 공정에 투입하게 됩니다. 

여기서 Hydrotreating이란 수첨을 의미하는데요, 어떤 물질에 수소를 첨가하는 화학적 반응입니다. 온도나 압력을 조절하거나 촉매를 활용하여 기존 물질의 분자 결합에 수소를 더해 다른 성질의 물질을 생성하는 것이랍니다.

트리글리세리드는 수소와 함께 촉매를 통과하면서 세 가닥의 일자형 분자인 노멀 파라핀(Normal-Paraffin)**으로 전환됩니다. 이는 식물성 기름 원료에 따라 다르지만 주로 탄소 개수가 15개에서 18개 사이인 물질로 이루어져 있습니다. 

* 트리글리세리드: 중성지방으로 글리세린과 세 분자의 지방산이 에스터결합한 화합물.
**  노멀 파라핀: 탄소 원자가 곧은 사슬 모양으로 배열된 파라핀. 석유의 주성분으로 탄소의 개수에 따라 물질의 상태가 변화한다. 

 

 

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HVO 제조 공정: ② IDW 공정

   

 

HDT를 통과한 탄소수 15~18개의 탄화수소 물질을 그대로 연료유에 사용할 경우, 낮은 온도에서 왁스처럼 굳는 현상이 발생합니다. 따라서 두번째 공정인 IDW (Iso-Dewaxing)공정이 필요하죠. 

IDW 공정을 통과하면 긴 일자 모양의 노멀 파라핀이 가지 모양의 이소 파라핀(Iso-Paraffin)으로 전환되면서 낮은 온도에서 굳는 현상이 일어나지 않게 됩니다. 

또한, 이 IDW 공정의 운전조건을 변화시키면 분자가 쪼개지는 크래킹(Cracking) 반응도 일어나게 되는데, 이를 이용해 탄소수 15~18개짜리 물질을 탄소수 10~14개짜리로 변화시키면 디젤이 아닌 항공유를 생산할 수 있답니다.

* 이소 파라핀: 파라핀족 탄화수소 중 곧은 사슬 모양의 탄소 사슬에 알킬(Alkyl) 곁사슬이 결합하여 가지가 갈라진 구조를 하고 있는 것.


지금까지 HVO를 어떻게 만드는지 함께 알아보았는데요, HVO를 많이 사용할수록 이산화탄소 저감 효과가 크기 때문에 여러 나라에서 제도적으로 의무 사용량을 증가시키려는 움직임을 보이고 있습니다. 특히, 식용원료 이외에도 폐식용유, 도축장에서 발생하는 동물성 기름도 HVO의 원료로 사용되고 있다고 하니 HVO 기술의 성장 가능성은 앞으로 더 커질 것으로 기대됩니다. 
(글: 한화토탈에너지스 화성·에너지연구팀 서한욱 책임연구원)

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