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- 한국화학연구원, GS건설, 한화토탈에너지스㈜ 공동 연구 실증 성과

- 이산화탄소에서 액체 탄화수소 전환 시 기존 중간단계(일산화탄소 전환) 없이 직접 전환 실증 성공

- 향후 연간 10만톤 이상 생산 가능 상용공정 설계 예정

▶ 국내 연구진이 이산화탄소를 휘발유·나프타와 같은 액체 탄화수소로 바꾸는 기술을 개발하고 하루 50kg 규모의 시범 생산에 성공했다.

 ㅇ 한국화학연구원 김정랑 박사팀은 GS건설, 한화토탈에너지스㈜와 공동 수행한 과학기술정보통신부의 ‘탄소자원화 플랫폼 화합물 연구단’ 사업을 통해, 수소와 이산화탄소를 중간단계 없이 직접 반응시켜 액체 탄화수소로 만드는 촉매·공정 기술을 개발했다.

 ㅇ 김정랑 박사팀은 하루 5kg 생산 규모의 미니 파일럿 플랜트 연구로 2022년 GS건설과 한화토탈에너지스㈜에 기술이전을 완료한 바 있다. 공동 연구팀은 2025년 말 국내 최초로 하루 50kg의 액체 탄화수소 생산이 가능한 이산화탄소 직접 수소화 파일럿 플랜트 구축에 이어, 앞으로 연간 10만톤 이상 생산 가능한 상용공정 설계에 나설 계획이다.

▶ 최근 중동 호르무즈 해협 봉쇄로 인해 석유·나프타 수급이 어려워지면서 발전소·공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 자원화하는 기술이 주목받고 있다. 자동차 연료용 휘발유 및 플라스틱 생산의 원료인 나프타 등을 만드는 데 쓰이는 석유를 이산화탄소로 대신할 수 있기 때문이다.

 ㅇ 기존의 전환방식은 이산화탄소를 일산화탄소로 바꾼 뒤, 이를 액체 탄화수소로 만드는 2단계의 간접전환 기술이었다. 우선 화학적으로 안정한 이산화탄소에서 산소 원자를 하나 분리하여 일산화탄소를 만드는 역수성가스 전환반응은 800℃ 이상 고온이 필요하다. 반면 일산화탄소와 수소가 반응해 탄화수소를 합성하는 피셔-트롭쉬 반응은 상대적으로 낮은 온도, 높은 압력이 필요하여 설비가 복잡했다.

▶ 연구팀은 단일 공정으로도 반응이 일어나는 촉매로 이를 해결했다. 기존 고온 역수성가스 전환반응 없이, 이산화탄소와 수소가 바로 반응해 액체 탄화수소를 만들 수 있는 직접전환 기술이다.

 ㅇ 이번 기술은 약 300℃(270~330℃)와 20bar(10~30bar) 수준의 비교적 온화한 조건에서 작동한다. 현재 이산화탄소가 휘발유 등 액체 탄화수소로 바뀌는 합성 수율은 다단 반응 및 미반응물을 다시 반복 반응시키는 순환 공정을 적용하여 50% 수준의 수율을 얻을 수 있으며, 하루 생산량은 50kg으로 20리터 용기(제리캔, 말통) 3개 정도 분량이다.

 ㅇ 이번 성과는 상용화 기반 기술 확보라는 측면에서 의미가 크다. 촉매 제조와 운전 조건을 개선해 안정성을 높였으며, 기존 방식 대비 에너지 사용을 줄일 수 있고 공정이 단순해 생산 비용 절감에 유리하다. 

 ㅇ 연구팀은 앞으로 파일럿 플랜트 운전과 최적화를 통해 장기간의 실증 데이터를 축적하고, 이를 토대로 연간 10만 톤 이상 규모의 상용 공정 설계와 경제성 분석, 그리고 온실가스 감축 효과 평가를 진행할 계획이다. 상용화 성공 시 대체 원료 체계 구축을 통해 석유 수입 의존도를 낮추고 에너지 안보를 강화하는 효과도 예상된다.

▶ 연구팀은 “이번 기술이 재생에너지와 연결될 경우, 탄소중립 실현을 위해 중요한 목표 중 하나인 PtL(Power-to-Liquids, 전력을 액체 연료로 전환) 기술의 핵심 요소가 될 것”이라고 기대하고 있다. PtL 기술은 태양광, 풍력 등 재생에너지로 생산한 수소와 배기가스 등에서 포집한 이산화탄소를 반응시켜 액체 탄화수소를 만드는 기술이다.

 ㅇ 이산화탄소 - 액체 탄화수소 전환 촉매 성과는 지속 가능한 화학기술 분야 국제학술지 ACS Sustainable Chemistry & Engineering(IF: 7.3) 2026년 3월호 표지논문으로 게재되었다. 화학연 민형기 박사가 교신저자, 천징위(Chen Jingyu) 박사후연구원이 1저자로 참여했다.

 ㅇ 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 탄소자원화 플랫폼 화합물 제조 기술개발사업(RS-2022-NR068677)의 지원을 받았다.

[출처] 한국화학연구원 KRICY Channel_보도자료(2026.04.28.)