음식물 쓰레기로 만드는 케로신은 항공업계 넷 제로 지속가능 대체 항공유

미국 국립재생에너지 연구소가 음식 쓰레기로 케로신을 만들기 시작했다. 화석연료가 연소되면서 내뿜는 탄소로 인해 항공기도 기후변화의 주범으로 지목된다. 항공업계가 넷 제로를 실천하는 방법으로 음식쓰레기로 만든 케로신이 있다.

1. 음식물 쓰레기를 항공연료로 만드는 어려움

코로나10의 확산 기세가 꺾이면 항공 수요가 늘면서 항공업계의 탄소 감축 압박도 거세지고 있다. 미국에는 에너지부(DOE)가 있고 그 안에 바이오 에너지기술사무소가 있다.

몇십 년 이상 과학자들은 음식물 쓰레기에서 생성되는 휘발성 지방산 VFA에의 연료 가능성에 주목을 했다. 이를 가지고 연료를 만들어 내긴 했으나 항공기 연료의 높은 기준을 맞추지 못해 난항이었다.

결국 2022년 7월 미국 국립 재생에너지 연구소 팀이 해냈다. VFA를 활용해 만든 케로신이 기존 항공유(= 등유)와 동일한 연료품질 기준을 충족한다. 등유는 휘발유보다 휘발성이 적고 인화점이 높아서 저장과 운송에 더 안전하다.

날씨가 더워지면 수분이 많은 음식물 쓰레기는 썩으며 냄새가 많이 난다. 원인은 음식물 쓰레기에서 발생하는 노란 액체인 ‘휘발성 지방산’ VFA이다.

이 VFA를 활용해 등유(케로신)을 만드는 방법이 개발되었다. 케로신은 항공기와 우주발사체의 제트 엔진에 쓰인다. 6월 21일 발사 성공한 한국형 발사체 누리호에도 사용됐다.

케로신은 탄화수소가 주성분인 투명한 액체이다. 석유(원유)를 분별증류할 때 증류탑에서 대략 섭씨 180도~250도 범위에서 나오는 것이 케로신(= 등유)이다. 이 케로신을 석유말고도 음식물 쓰레기를 가지고도 만든다.

케로신(등유)은 파라핀(왁스)이라고도 한다. 그리스어 keros에서 비롯한 단어이고 불에 잘 탄다는 뜻이다. 로마제국, 페르시아, 인도, 유럽, 한국 등에서 등을 켜는 용도로 널리 사용되었다.

음식물 쓰레기에서는 미생물의 작용으로 인해 발효가 진행되면서 메탄가스가 발생한다. 메탄은 곧바로 항공연료로는 쓸 수는 없다.

그래서 연구팀은 메탄 미생물의 발효를 억제해 VFA 생산을 촉진하는 방법을 찾아냈다. 촉매를 이용해 VFA를 탄화수소 유도체인 케톤으로 만들고 수소를 넣고 산소를 제거하면 케로신이 생성된다.

음식물 쓰레기로 만든 항공연료는 탄소 절감효과도 뛰어나다. 음식물 쓰레기를 활용한 항공 연료를 사용할 경우 탄소 배출량을 대략 165% 줄일 수 있다. 비행기에서 배출되는 탄소뿐 아니라 음식물쓰레기를 매립할 때 발생하는 탄소까지 포함한 수치이다.

또한 기존 연료보다 연소할 때 그을음도 34% 적게 발생한다. 그을음은 항공기가 날아가면서 날개 뒤로 구름이 길게 이어지는 비행운을 만든다.

비행운은 지구가 내뿜는 복사열을 지구 대기권에 잡아 두는 역할을 한다. 이는 지구 온난화를 부추킨다. 전기자동차가 상용화 되고 있다.

국제항공운송협회(IATA)는 2021년 10월 넷 제로 결의안을 승인했다. 2050년까지 넷제로를 실천하겠다는 것이다. 넷 제로 Net Zero는 탄소의 순 배출량을 0으로 만들겠다는 안건이다.

전기 자동차가 상용화되고 있다. 자동차처럼 항공기도 전기 항공기로 전환해야 한다는 주장이 우세하다. 전기 자동차만 해도 공급이 수요를 따라가질 못하고 있다.

전기 비행기가 상용화되기 전에 음식물쓰레기로 만든 케로신은 항공기의 탄소배출 저감을 이끌 수 있는 가장 현실적인 방법이다. 기존 항공유를 대체할 지속 가능한 대체 항공유를 만드는 것이 현실적인 대안이다.

미국 국립 재생에너지 연구소의 연구팀은 1~2년 안에 해당 연료 사용 승인을 받을 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 2022년 3월 국제학술지 ‘미국립과학원회보(PNAS)’에 기술을 공개했다.

지속가능한 대체 항공유 시장이 커지고 있다. 시장조사업체 마켓 앤 마케츠에 따르면 지속 가능한 항공유 시장은 2030년까지 70배 성장해서 약 157억 달러(=20조 2137억 원)에 달한다고 한다.

시장 성장이 예상되면서 관련 기업 창업도 늘고 있다. 미국, 캐나다, 중국, 일본, 핀란드, 스웨덴 등에서 12개 기업이 창업했다. 캐나다의 스타트업 에너켐은 도시 폐기물을 이용하고 있다.

미국 스타트업 에이메티스는 목재 폐기물과 주방에서 나오는 기름을 이용해 항공 연료를 개발하고 있다. 미국 ‘제보’와 알더푸얼 회사는 옥수수 줄기와 농업 폐기물을 항공연료로 전환하는 기술을 개발 중이다.

미국 유나이티드항공사는 2021년 8월 지속 가능한 항공유 57억 리터를 구매했다. 알더퓨얼은 2023년 미국 항공사 사우스웨스턴 항공사의 항공기를 대상으로 자사가 개발한 항공유를 시험할 예정이다.

대한항공은 2022년 2월 파리 인천 구간 국제선 노선에 국내 최초로 지속가능 항공연료를 주입했다.