이제는 친환경 비행기다.

이달 네이처(Nature.com) 지에는 태양 에너지를 비행기 연료로 만드는 기술에 대한 연구가 발표됐다.

IASS(Institute for Advanced Sustainability Studies) 재생에너지 연구원의 연구진들은 친환경 자동차 연료와는 전혀 다른 연료 생산법을 공개하며, 친환경 항공기의 대체 연료 연구에 새로운 가능성을 열었다.

친환경 항공 에너지 어디까지?

‘지구 온도가 더 이상 상승하지 않도록 온실가스 배출량을 감축할 것’

21세기의 세계가 지켜내야 할 공동의 미션이다.

이를 위해 이미 자동차 사업은 온실가스 배출 ‘0’을 목표로 전기차, 수소차 등 친환경 자동차를 개발·생산하고 있다. 항공 분야 역시 탄소 배출의 책임에서 자유로운 수 없는 입장. 따라서 국제민간항공기구(ICAO)는 탄소배출 문제를 해결하는 방안으로 국제항공 탄소상쇄감축제도, 즉 ‘코르시아(Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation, CORSIA)’를 채택해 준용하고 있는 상황이다. 하지만 친환경 비행기의 등장까지는 아직 갈 길이 멀어 보인다.

물론 친환경 비행기 관련 연구가 답보 상태인 것은 아니다.

현재 탄소배출량의 약 8%가 항공 및 해운 수단이 차지하고 있어, 이들 이동 수단의 대체 에너지 개발에 대한 시급성이 지속적으로 강조돼 왔기 때문이다.

세계 3대 항공엔진 기업으로 꼽히는 롤스로이스는 전기 비행기 ‘스피릿 오브 이노베이션(Spirit of Innovation)’을 공개하면서 화석 연료를 대체할 항공 에너지원에 대한 연구를 진행해 오고 있다.

더욱이 올해 개최된 제22회 세계지식포럼에서 롤스로이스 그룹은 “탄소배출을 줄이기 위해 2023년까지 모든 항공 엔진이 친환경 항공유를 사용할 수 있도록 할 계획”이라고 발표한 바 있다.

또한 2016년 세계 최초로 태양광만으로 4만 3000km의 세계 일주를 완성한 스위스 항공기 ‘솔라임펄스2(Solar Impulse2)’의 성공 이후, 가장 안전한 대체 에너지원으로 태양열이 주목받고 있다.

한편 기존의 친환경 에너지와는 다른 방식의 에너지 이번 IASS의 연구 결과가 화석연료 대체 고효율 항공 에너지 개발에 새로운 전환점이 될지 기대를 모으고 있다.

공기 중 CO₂와 H₂O를 유입하여 에너지로 전환

이번 연구의 핵심은 태양 에너지를 이용해 대기 중에 있는 CO₂와 H₂O를 유입하여 에너지로 전환한다는 것. 즉, 오직 태양열, CO₂와 H₂O를 재료로 ‘친환경 항공유’를 생산할 수 있다는 것이다.

연구진이 설계한 ‘열화학 태양 연료 생산 체인(thermochemical solar fuel production chain)’은 태양 복사열이 고온 공정이 가능하도록 약 15,000도 가량의 온도로 가열해 작동된다.

이렇게 가열된 장치에 유입된 대기 중 CO₂와 H₂O는 산소와 분리되고, 이후 일산화탄소(carbon monoxide), 수소( hydrogen)의 혼합물인 합성가스를 생성하여 등유(kerosene), 메탄올(CH₃OH), 기타 연료로 처리된다. 이 모든 과정은 태양열과 대기 중 CO₂와 H₂O로 처리되기 때문에 진정한 탄소중립을 달성할 수 있다는 데 의의가 있다.

이번 연구를 진행한 알도(Aldo Steinfeld) 취리히 연방공과대학(ETH Zurich) 교수는 “지난 2년간 태양열과 주변 공기를 드롭인(Drop-in)연료로 전환하기 위한 설비를 갖추고, 조작적 실험 환경이 아닌 실제 조건에서 안정적으로 작동하는 것을 확인했다.”고 밝혔다. 때문에 이제 이 기술은 산업응용분야에서 바로 활용할 수 있을 만큼 충분히 검증됐다는 것이 연구진의 설명이다.

이 시스템의 전체 공정에 대한 분석에 따르면, 만약 이 시설이 산업적 규모로 확대된다면 리터당 1.20~2유로의 비용이 들 것으로 추산된다. 또한, 태양광 자원이 풍부한 사막 지역 및 건조지역의 약 1% 미만을 활용하여 글로벌 수요를 충족할 만큼 연료를 생산할 수 있게 된다.

단지 연구진은 초기 투자 비용이 많이 들어 시장 진입을 확보하기 위한 다각도의 협력 및 지원정책이 필요하다고 밝혔다.