‘친환경 주유소’ 가능성 열려, 이퓨얼(E-Fuel) 생산으로 청정 연료 실현한다 

- 기계연, 디젤에 가까운 이퓨얼 연료 생산하는 마이크로채널 반응기 국내 최초 개발

- 기존 대비 30배 용량↑, 촉매량 30%↓탄소저감 가속화 기대

□ 유럽연합(EU)은 오는 2035년부터 휘발유나 디젤유를 쓰는 내연기관차량 판매를 금지한다. 다만, 이퓨얼(E-Fuel)* 연료를 사용하는 신차는 예외다. 디젤에 가까운 이퓨얼을 생산하는 마이크로채널 반응기**가 국내 최초로 개발됐다. 이 기술은 이산화탄소를 디젤에 가까운 연료로 바꿀 수 있어, 향후 국제적 연료규제에 대응하고 이퓨얼 생산 외에도 암모니아 합성 등 열을 제어할 수 있는 다양한 분야에서 혁신 기술로 활용될 것으로 기대된다. 

* 이퓨얼(E-Fuel): 재생전력으로 전기분해하여 생산한 그린수소와, 공기중에서 포집한 이산화탄소와 결합하여 생산된 연료. 수송 분야의 탄소배출저감에 기여할 청정연료로 기대되고 있다. 

** 마이크로채널 반응기: 매우 작은 채널들로 구성된 반응기로, 이 채널들을 통해 화학 반응을 시키는 고효율 시스템. 이 반응기를 통해 열 전달이 매우 효율적으로 이루어진다. 

<마이크로채널반응기 모델>

□ 한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) 탄소중립기계연구소 히트펌프연구센터 김영 책임연구원 연구팀은 이퓨얼 연료 생산에 소요되는 촉매의 양을 30%로 줄이고 기존보다 30배 용량을 가질 수 있는 고효율 마이크로채널 반응기를 개발했다. 이 반응기는 고온고압에서 안전하고 발열 제거가 쉬워 온도 설정이 유연해, 이퓨얼 생산에 유리하다. 

□ 이퓨얼 연료를 생산하려면 그린수소와 이산화탄소를 합성하는 과정을 거치는데, 이 과정에서 심한 발열 현상 일어나 열을 잘 제거하는 핵심 기술이 필요하다. 기계연에서 개발한 반응기는 겹겹이 쌓인 마이크로채널 구조의 판을 접착제가 아닌 고온 방식으로 접합하여, 고온에서도 발열 제어 성능이 뛰어난 구조로 설계·제작됐다. 

□ 연구팀이 개발한 반응기를 통해 생산된 이퓨얼 연료는 세탄지수* 55.7로 국내 차량용 디젤의 세탄가 품질기준인 52 이상을 만족한다. 이는 국내정유업체에서 판매하는 디젤의 세탄가인 54-57로 동등한 수준이다.

 * 세탄지수: 디젤 연료의 연소 성능을 나타내는 척도로, 디젤 엔진에서 연료가 얼마나 쉽게 발화되는지를 측정하는 지표. 세탄지수가 높을수록 연료가 엔진에서 더 빨리, 더 쉽게 발화된다.

□ 기존에는 연료 합성 과정에서 발열이 심한 경우 슬러리 반응기나 유동층 반응기 등이 사용되나, 이는 대규모 생산 시 효과적이다. 반면 분산형 재생발전소에서 잉여전력으로 생산되는 수소의 양은 소량이라 대형 반응기를 적용 시, 경제성과 효율이 낮아지는 단점이 있다. 

□ 연구팀은 기존의 마이크로채널 열교환기 기술을 기반으로 크기가 작고, 효율도 좋은 마이크로채널 반응기를 개발했으며, 연료 합성 반응에서 합성가스의 93%가 연료로 전환되는 것을 확인했다. 추후, 컨테이너 크기의 고효율 이퓨얼 생산공정을 개발하면, 이퓨얼 연료를 사용할 수 있는 친환경 주유소의 가능성이 열릴 것으로 기대된다. 

<기계연 히트펌프연구센터 김영 책임연구원과 류진우 선임연구원이 개발한 마이크로채널반응기에 대해 설명하고 있다>

□ 기계연 김영 책임연구원은 “열 제어 성능이 뛰어나 태양열이나 풍력 등 저장량이 불규칙한 재생 전력의 공급량 변화에도 빠르게 대응할 수 있는 기술”이라며 “향후 재생 전력 공급 과잉시 전력수요관리 기술로 재생 발전 경제성을 높이고 전력망 안정성 향상에 기여할 것”이라고 말했다.

□ 한편, 이번 연구는 한국기계연구원의 기본사업 “Power to Fuel 시스템용 마이크로 채널 반응기 개발” 과제 지원을 받아 수행됐다.