비행기도 친환경?…태양 에너지로 항공기 연료 만든다

온실가스 배출이 없는 전기차나 수소차 같은 친환경 자동차는 이제 피할 수 없는 시대의 대세가 됐다. 지구 온난화 문제가 더 이상 행동을 지체할 수 없을 정도로 심각해지고 있기 때문이다. 주요 자동차 제조사들도 매우 적극적인 친환경 자동차 전환 계획을 세운 상태다. 단순히 시대의 흐름에 따라가겠다는 정도가 아니라 이 경쟁에서 뒤처지면 사실상 미래가 없다는 점을 인식하고 사활을 걸고 나서는 것이다. 물론 최근 배터리 및 수소 연료 전지 관련 기술이 크게 발전한 것도 중요한 이유다.

하지만 아무리 배터리 및 연료 전지 기술이 발전해도 적용하기 어려운 분야도 많다. 대표적인 분야가 항공기다. 최신 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 아직 화석 연료보다 매우 낮다. 다시 말해 화석 연료 대신 배터리를 탑재할 경우 항공기가 매우 무거워져서 현실적으로 비행이 어렵다는 이야기다. 현재 연구 단계인 전기 비행기는 모두 소형 단거리 비행기나 드론뿐이다. 에너지 밀도가 매우 높은 수소가 대안이 될 수 있지만, 이번에는 인화성과 폭발성이 매우 높다는 사실이 발목을 잡는다. 많은 양의 수소를 싣고 비행하는 대형 항공기가 사고가 날 경우 지금보다 더 큰 참사로 이어질 가능성이 있다.

따라서 일부 과학자들은 자동차와는 전혀 다른 대안이 필요하다고 보고 있다. 그중 하나가 바로 이산화탄소와 물로 만든 합성 연료다. 제트 엔진이나 내연 기관에서 일어나는 것과 정 반대 방향으로 에너지를 투입해 이산화탄소와 물을 화석 연료와 흡사한 연료로 만드는 기술이다. 취리히 스위스 연방 공과 대학의 과학자들은 몇 년 전부터 관련 연구를 진행해왔다. 이들이 생각하는 에너지원은 바로 태양이다.

연구팀이 최근 5kW급 프로토타입 합성 연료 생산 시스템을 공개했다.(사진) 이 시스템은 하루 32ml의 케로신밖에 생산할 수 없지만, 태양 에너지를 이용해 대기 중 이산화탄소와 수증기를 흡수한 다음 직접 연료로 바꿀 수 있다는 점을 증명했다는 데 의의가 있다.

원리는 다소 복잡하다. 우선 원료를 넣기 전 산화세륨(CeO2) 세라믹으로 코팅된 반응로를 태양열로 가열한다. 접시 모양으로 새긴 거울을 이용해 섭씨 1500도까지 가열하면 내부에서는 산소가 분리되기 시작한다. 이 상태에서 원료인 물과 이산화탄소를 넣으면 세륨이 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)에서 산소를 가져오면서 일산화탄소와 수소가 섞여 있는 합성가스(syngas)가 형성된다. 이 과정이 진행되는 동안 태양열 집열기는 다른 반응로를 가열해 다음 사이클을 준비한다. 따라서 집열판은 하나인데, 반응로는 두 개인 구조를 지니고 있다. 그리고 반응로에서 나온 합성가스에 적절한 촉매를 가해 화학 반응을 일으키면 케로신이나 메탄올처럼 여러 가지 연료나 혹은 석유화학 제품을 만들 수 있는 원료 물질이 얻어지는 원리다.

이런 방식으로 탄소 중립적인 합성 연료를 만들면 항공기나 항공 관련 인프라를 바꾸지 않고도 항공 산업에서 탄소 중립 목표를 달성할 수 있다. 그렇다면 육상 운송이나 해상 운송 부분도 마찬가지 아니냐고 반문할 수 있지만, 이렇게 만든 합성연료는 매우 비싸기 때문에 배터리나 혹은 수소를 사용할 수 있는 영역에서는 굳이 사용할 이유가 없다.

연구팀은 A350 여객기가 런던-뉴욕 노선을 왕복할 수 있는 연료를 하루 동안 생산하기 위해서는 100MW급 플랜트 10개가 필요할 것으로 내다봤다. 현재는 초기 연구 단계라 정확한 비용 산정은 어렵지만, 이 플랜트를 건설하는 데 막대한 비용이 들 것이란 점에는 의문의 여지가 없다. 연구팀은 태양 에너지를 이용해서 물과 이산화탄소를 합성연료로 바꿀 수 있다는 점은 증명했지만, 경제성을 입증해 보이기까지 험난한 과정이 예상된다.

자동차와 달리 차세대 친환경 항공기 기술은 아직 베일에 가려 있다. 전기 비행기, 수소 비행기, 그리고 다른 대체 연료를 사용하는 항공기 등 여러 가지 대안 중 어떤 것이 최종 승자가 될지 미래가 주목된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com