항공 부문은 전 세계가 탄소 배출을 줄여야 하는 긴급한 요구로 어려움을 겪고 있는 가운데 탈탄소화에 가장 도전적인 산업 중 하나로 남아 있습니다. 국제 에너지 기구(IEA)에 따르면 항공 여행은 전 세계 탄소 배출량의 약 2~3%를 차지하며 연간 약 2%의 항공 성장이 예상됩니다. 이러한 배출의 주요 동인은 기존의 화석 기반 제트 연료에 대한 의존입니다. 유럽 연합의 Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램에 의해 시작된 TAKE-OFF 프로젝트는 포집된 CO2, 물 및 재생 가능 에너지를 e-지속 가능한 항공 연료로 렌더링되는 합성 연료로 변환하는 최첨단 기술을 개발하려는 야심 찬 이니셔티브입니다. (e-SAF). 이는 엔진을 개조하지 않고도 기존 비행기에 사용할 수 있는 제트 연료의 감소입니다. 이 합성 경로는 배출이 대기 CO2 수준에 기여하기보다는 공급원료가 되는 짧은 순환 탄소 순환을 제공합니다.
포집된 CO2로부터 e-SAF를 생산하는 TAKE-OFF 프로젝트의 접근 방식은 전통적인 화석 연료 및 기타 바이오 기반 대안에 비해 몇 가지 주목할만한 이점을 제공합니다.
· 탄소 중립: CO2 기반 SAF의 주요 이점은 순환 탄소 순환과 일치한다는 것입니다. 대기에 새로운 CO2를 도입하는 대신 항공 배출물이 효과적으로 재활용됩니다. 비행 중에 배출되는 CO2는 연료를 생산하기 위해 포집된 CO2로 상쇄되어 순 배출량이 거의 0에 가깝습니다.
· 기존 인프라와의 호환성: 새로운 추진 시스템과 인프라가 필요한 수소 또는 전기 항공기와 달리 CO2 기반 SAF는 기존 제트 연료와 혼합되어 기존 엔진 및 연료 시스템에 사용될 수 있습니다. 이는 현재 항공 인프라에 대한 비용이 많이 드는 정밀 검사나 광범위한 변경의 필요성을 줄여줍니다.
· 확장성 및 공급원료 가용성: CO2 기반 SAF는 재생 가능한 수소와 결합된 풍부한 공급원료인 이산화탄소를 활용하여 지속 가능하고 확장 가능한 솔루션을 제공합니다. 이는 바이오 연료가 직면하는 식품 생산과의 경쟁을 피하고 보다 안정적인 공급망을 보장합니다.
· 규제 프레임워크와의 연계: TAKE-OFF 프로젝트는 2050년까지 탄소 중립을 목표로 하는 유럽 연합의 그린 딜(Green Deal)과 항공 배출 안정화를 목표로 하는 ICAO의 CORSIA와 같은 주요 규제 이니셔티브에 부합합니다. 이는 장기적인 지속 가능성과 기후 목표를 달성하려는 항공 산업의 노력을 지원합니다.
연료 비용은 항공 분야에서 합성 연료를 채택하는 데 큰 장애물로 남아 있으며, 전체 항공 비용의 약 3분의 1을 차지합니다. 따라서 e-SAF 사용으로 인한 연료비 증가는 항공사의 재무 성과에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 과제를 해결하려면 강력한 정치적 조치가 중요합니다. 한 가지 잠재적인 조치는 항공 부문에 대한 CO2 배출세 도입일 수 있습니다. 그러나 항공유는 현재 독특한 재정 구조로 인해 대부분의 EU 국가에서 세금이 면제됩니다. 이를 변경하려면 EU 회원국 간의 만장일치 동의가 필요하며 이는 상당한 과제를 안겨줍니다. SAF 힌지의 성공적인 활용
지속 가능한 제트 연료와 화석 연료에서 추출한 제트 연료 간의 가격 격차를 줄이는 것입니다. 이러한 격차를 해소하기 위한 목표 정책 개입, 세금 인센티브 또는 민간 부문의 노력 없이는 SAF의 대규모 및 지속적인 채택이 불가능할 것입니다.
그만큼 ReFuelEU 항공 이니셔티브 EU 공항에 공급되는 항공유에서 SAF의 비중을 점진적으로 늘려 SAF 시장을 대폭 확대한다는 목표다. 2025년 2% SAF 혼합을 시작으로 2050년까지 70% 혼합을 목표로 하며 그 중 35%가 e-SAF가 되어야 합니다. 이 규정은 SAF에 대한 수요를 촉진하여 SAF 기술에 대한 대규모 생산 및 투자를 장려할 것입니다. SAF를 위한 안정적인 시장을 창출함으로써 이 계획은 항공의 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 될 뿐만 아니라 EU의 기후 목표를 지원하고 SAF 부문의 혁신을 촉진할 것입니다. 이는 항공 운송을 장기적으로 더욱 지속 가능하고 경쟁력 있게 만들 것입니다.
TAKE-OFF 프로젝트의 사명
2021년에 시작된 TAKE-OFF 프로젝트는 파일럿 플랜트 테스트, 실험실 작업, 기술 경제적 및 환경 분석을 통해 열화학 Power-to-SAF 생산 체인의 모든 부분을 시연하고 평가했습니다. TAKE-OFF 기술에서는 포집된 CO2가 전기분해로 생성된 수소와 반응하여 직접 경질 올레핀을 생성하거나 간접적으로 중간체(메탄올 및/또는 디메틸 에테르)를 통해 생성됩니다. 경질 올레핀(플라스틱, 합성 연료 및 화학 물질과 같은 신흥 및 기존 산업에서 사용되는 광범위한 화학 물질을 생산하는 데 필수적인 원료)은 혁신적인 촉매를 통해 화학적으로 SAF로 업그레이드되어 더 높은 에너지 효율성과 더 나은 탄소 전환율을 목표로 합니다. 현재 벤치마크, 즉 Fischer-Tropsch 공정보다 제트 연료 제품이 더 좋습니다. 후자는 드롭인 연료로 사용되도록 설정된 요구 사항을 충족하기 위해 적절한 특성을 가진 표적 제트 연료 범위 분자의 액체 풀을 증가시키도록 화학을 조정하는 설계 선택입니다. 더욱이, 공급 원료에 황이 없고 TAKE-OFF 제트 연료에 방향족 화합물이 부족하여 이를 사용하면 대기 오염 물질인 SOx의 방출을 피할 수 있으며 그을음 지수(TSI) 측정을 통해 그을음 배출이 크게 감소하는 것으로 나타났습니다. . 마지막으로, 프로젝트는 기술 준비 수준(TRL) 3에서 TRL 5로 발전하고 있습니다. 이는 중요한 기술 발전과 산업 검증을 향한 명확한 경로를 나타냅니다.
TAKE-OFF 프로젝트의 주요 성과와 향후 작업은 다음과 같습니다.
TAKE-OFF 경로의 환경적, 경제적 성과를 향상시키기 위한 지속적인 노력의 일환으로 몇 가지 주요 발전이 추구되고 있습니다. 여기에는 촉매 성능 최적화가 포함되며 효과적이고 안정적인 비귀족 이작용성 촉매(공정 강화 지원)를 적용하여 CAPEX 및 중요 물질(예: 촉매) 사용이 감소됩니다. 또한, 미세 조정된 반응기 조건을 갖춘 혁신적인 멤브레인 반응기를 통합하여 더 높은 메탄올 수율을 얻고 CO2 및 H2와 같은 공급원료 분자의 효율성을 향상시킵니다. 프로세스 효율성을 더욱 향상시키기 위해 스마트 엔지니어링도 적용되고 있습니다. 또한 전체 시스템 생산성을 향상시키는 것은 탄소-등유 효율성과 에너지 소비를 모두 높이는 데 중요합니다. 규모의 경제 활용, 퍼지(예: 폐기물) 흐름 사용 최적화, 공급망 개선 및 고급 프로세스 제어 시스템 구현을 통해 달성되는 비용 절감에 중점을 두고 있습니다. 이러한 개선 사항은 단기, 중기 및 장기 시나리오에서 FT 경로와 같은 다른 Power-to-Liquid 경로에 비해 TAKE-OFF 경로를 보다 경쟁력 있는 옵션으로 포지셔닝하는 것을 목표로 합니다.
향후 연구에서는 정책이나 기술 발전으로 인한 LCOH(균등화 비용)의 잠재적 감소와 같은 경제적 요인이 지속 가능한 항공 연료의 균등화 비용(LCOSAF)에 어떤 영향을 미치는지 평가할 것입니다. 이 분석은 화석 기반 대안에 대한 SAF의 경쟁력을 탐색하고 경제적 생존 가능성과 미래 시장 역학에 대한 통찰력을 제공합니다.
궁극적으로 합성 항공 연료를 채택하기로 한 결정은 재정적 비용과 환경적 이점 간의 균형을 고려해야 하는 사회, 기업 및 소비자에게 달려 있습니다. 합성 연료는 온실가스 배출을 줄이고 기후 보호에 크게 기여할 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 기존 화석 기반 연료에 비해 생산 비용이 더 높은 경우가 많습니다. 결과적으로 다양한 이해관계자(정부, 기업, 개인)는 기후 변화에 대처하고 대기 오염을 줄이는 데 따른 장기적인 이점이 초기 투자를 정당화하는지 평가해야 합니다. 이러한 결정은 규제 정책, 생산 비용을 줄일 수 있는 기술 발전, 기후 문제에 대한 대중의 인식, 재정적 인센티브 또는 보조금 가용성과 같은 요인의 영향을 받습니다. 궁극적으로 합성 연료의 광범위한 채택은 이러한 다양한 주체가 경제적, 환경적, 사회적 고려 사항의 균형을 어떻게 맞추느냐에 달려 있습니다.
Lawien Zubeir는 TNO의 기술 책임자인 SynFuels의 수석 과학자입니다.
