COLUMN

이번엔 진짜일까?

이산화탄소로 만든 휘발유를 곧 구매할 수 있을지도 모른다

2020.10.25

 

이산화탄소로 휘발유를 만든다는 이야기가 다소 황당하게 느껴질 수도 있다. 하지만 이 아이디어는 대기에 과도하게 존재하는 이산화탄소 문제를 해결할 직접적인 방법이다. 그러니까 내가 하고 싶은 이야기는 이 아이디어가 성공한다면 우리가 사랑하는 자동차에 탄소 중립적인 휘발유, 경유, 항공유를 넣어 계속 달릴 수 있다는 것이다.

 

나는 2008년 7월, 2012년 6월, 2018년 10월에 쓴 3번의 칼럼에서 대기 중에 있는 이산화탄소를 액체연료로 전환하는 방법을 설명했다. 첫 번째 아이디어는 수산화나트륨 같은 흡수성 화합물로 이산화탄소를 세정해 격리한 뒤 일산화탄소로 분해하는 방식으로 시작됐다. 그다음 피셔 트롭슈 공법 같은 다양한 촉매 반응을 통해 수소를 추가한다. 하지만 엄청난 에너지 투입 비용 때문에 이 아이디어는 실패했다.

 

두 번째 칼럼을 썼을 땐 이온성 소금과 반대로 작동하는 포름산 연료전지가 예상 에너지 투입 비용을 갤런당 5~8달러로 낮추는 데 도움이 됐다. 이후 빌 게이츠가 후원하는 카본 엔지니어링은 펄프/종이 제분 기술을 활용해 이산화탄소 세정 비용을 ‘캘리포니아 저탄소 연료 기준(California Low Carbon Fuel Standard)’이 설정한 탄소 상쇄 기금 가격대로 낮췄다. 그리고 마지막 세 번째, 카본 엔지니어링은 깨끗한 수소를 공급하기 위한 양성자 교환막의 예상 비용을 2018년 높게 치솟았던 연료 가격의 50% 수준으로 감소시켰다.

 

최근 연료 회사 프로메테우스가 내 눈에 들어왔다. 이 회사는 이산화탄소를 연료로 사용하기 위한 아이디어 세 가지를 공개했는데 내용은 다음과 같다.

 

●금속 촉매를 사용하는 수용성 이산화탄소 전기분해로 이산화탄소를 에탄올로 변환한다.
●에너지 집약적인 증류 과정 없이 물에서 에탄올을 분리한다.
●발열 촉매 반응을 사용해 에탄올을 휘발유, 경유, 항공유로 업그레이드한다. 이 방식은 열을 흡수하기보다 방출한다.

 

이산화탄소 채집 단계는 여전히 냉각탑처럼 대량으로 공기와 물이 접촉할 수 있는 공간이 필요하다. 하지만 순수한 이산화탄소를 화학적으로 분리하는 것과 달리 전기분해 단계는 물에 2%의 이산화탄소만 있어도 분리가 가능하다.

 

전기분해 단계에선 탄소 나노스파이크로 덮여 있으며 구리 나노입자가 주입된 그래핀 시트를 사용한다. 이와 같은 양극의 강한 주름과 스파이크는 이산화탄소를 일산화탄소로 만든다. 그런 다음 물에 포함된 수소를 채집해 이산화탄소의 84%가 에탄올이 되는 63%의 패러데이 효율(촉매 효율을 나타내는 지표 중 하나)로 에탄올을 생성하는 데 도움을 준다. 이렇게 탄소 나노튜브 막을 통해 물에서 분리된 에탄올은 물을 거부하면서 알코올에는 매우 가까워지려는 성질을 띤다. 이 과정에서 최소한의 에너지만 소비된다.

 

에탄올을 복잡한 탄화수소로 바꾸려면 제올라이트(미세 다공성 알루미늄 규산염 광물)의 이온 교환성이나 분자체 작용을 이용한 촉매가 필요하다. 반응은 수소 첨가 없이 대기압에서 일어난다. 모든 과정은 높은 온도에서 발생하고, 전반적인 반응에서는 자체적으로 열을 생성한다.

 

그 결과, 이산화탄소에 기반한 원유에는 유황, 벤젠, 중금속이나 석유화학 정유업자들이 처리해야 하는 기타 불순물이 함유돼 있지 않다. 대신 액체 탄화수소 혼합물의 3분의 1은 5개 이상의 탄소 원자를 포함한다. RON과 MON 기준 옥탄가는 각각 105.7과 90.6이다. 모든 과정은 전기를 가해 조작할 수 있으며, 간헐적인 재생 에너지 공급에 맞추기 위해 빠르게 켜고 끌 수 있다.

 

최근 로스앤젤레스는 1kWh당 1.997센트의 가격으로 태양에너지 장기 구매 계약을 맺었다. 전기화학적 효율이 60%라고 가정할 때, 프로메테우스 휘발유 1갤런의 에너지 36.3kWh는 61kWh의 입력 에너지 또는 1.22달러 상당의 태양광이 필요하다. 하지만 이 가격에는 이산화탄소 세정이나 최종 정제, 기타 비용이 포함되지 않는다. 물론 탄소 상쇄 기금도 없다.

 

지난 6월 BMW i 벤처스는 프로메테우스에 1250만 달러를 투자했다. 프로메테우스의 가능성을 높이 평가한 것이다. 그리고 프로메테우스는 2020년 말 캘리포니아에서 이산화탄소로 만든 휘발유를 판매할 것이라고 발표했다. 오랜 기다림이었지만 나의 바람이 ‘진짜’ 현실이 될지도 모르겠다.

 

 

 

 

모터트렌드, 자동차, 이산화탄소, 휘발유

페이스북 트위터 링크
CREDIT

EDITOR : Frank Markus PHOTO : Motortrend

모터 트렌드 ©motortrendkorea.com, ©motortrendkorea.co.kr 무단 전재 및 재배포 금지