이산화탄소로 휘발유·나프타 만든다, 국내 연구진 하루 50kg 생산 성공

국내 연구진이 이산화탄소와 수소를 이용해 휘발유와 나프타 같은 액체 탄화수소를 만드는 기술을 개발했다. 이번 성과는 단순한 실험실 수준을 넘어 하루 50kg 규모의 시범 생산에 성공했다는 점에서 의미가 크다.

한국화학연구원 김정랑 박사팀은 GS건설, 한화토탈에너지스와 함께 과학기술정보통신부의 ‘탄소자원화 플랫폼 화합물 연구단’ 사업을 수행했다. 연구팀은 이 과정에서 이산화탄소와 수소를 중간 단계 없이 직접 반응시켜 액체 탄화수소로 전환하는 촉매와 공정 기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 기술은 이산화탄소를 단순히 줄여야 할 배출가스로만 보는 것이 아니라, 산업 원료로 다시 활용할 수 있다는 가능성을 보여준다. 발전소나 공장에서 배출되는 이산화탄소를 자원으로 전환할 수 있다면 석유 기반 원료 의존도를 낮추는 데 도움이 될 수 있다.

특히 나프타는 플라스틱 생산의 주요 원료로 쓰이고, 휘발유는 자동차 연료로 사용된다. 기존에는 이러한 액체 탄화수소를 석유에서 얻는 구조였지만, 이번 연구는 이산화탄소를 활용해 유사한 탄화수소를 생산할 수 있는 기반을 마련했다는 점에서 주목된다.

연구팀은 2022년 하루 5kg 생산 규모의 미니 파일럿 플랜트 연구를 바탕으로 GS건설과 한화토탈에너지스에 기술이전을 완료한 바 있다. 이후 공동 연구를 통해 2025년 말 국내 최초로 하루 50kg 규모의 액체 탄화수소 생산이 가능한 이산화탄소 직접 수소화 파일럿 플랜트를 구축했다.

이번 공정은 약 300℃ 범위, 구체적으로 270~330℃와 20bar 수준, 즉 10~30bar 조건에서 작동한다. 기존 고에너지 공정과 비교하면 비교적 온화한 조건에서 반응이 진행된다는 점이 특징이다.

현재 연구팀은 다단 반응과 미반응물을 다시 반응시키는 순환 공정을 적용해 약 50% 수준의 합성 수율을 확보했다. 하루 생산량 50kg은 20리터 용기 기준 약 3개 분량에 해당한다.

기술적 의미도 크다. 연구팀은 촉매 제조 방식과 운전 조건을 개선해 공정 안정성을 높였다. 또한 중간 단계를 줄인 직접전환 방식이기 때문에 공정이 단순해지고, 기존 방식보다 에너지 사용을 줄이는 데 유리한 구조로 평가된다. 이는 향후 생산 비용 절감 가능성과도 연결된다.

상용화까지는 추가 검증이 필요하다. 연구팀은 앞으로 파일럿 플랜트를 운영하면서 장기간 실증 데이터를 확보할 계획이다. 이를 바탕으로 연간 10만 톤 이상 생산 가능한 상용 공정 설계, 경제성 분석, 온실가스 감축 효과 평가를 진행할 예정이다.

이번 연구가 상용화 단계까지 이어진다면 대체 원료 체계를 구축하는 데 도움이 될 수 있다. 특히 석유와 나프타 수급 불안이 발생할 경우, 이산화탄소 기반 원료 생산 기술은 에너지 안보 측면에서도 의미를 가질 수 있다.

이번 이산화탄소-액체 탄화수소 전환 촉매 연구 성과는 지속 가능한 화학기술 분야 국제학술지인 ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2026년 3월호 표지논문으로 게재됐다. 논문에는 화학연 민형기 박사가 교신저자로, 천징위 박사후연구원이 제1저자로 참여했다.

이번 성과는 이산화탄소를 줄이는 기술을 넘어, 배출된 탄소를 다시 산업 원료로 활용하는 탄소자원화 기술의 가능성을 보여준 사례로 평가된다.