합성 연료 개발: 스위스 과학자의 자동차와 항공기 탈탄소화를 위한 노력

[이매진]

합성 연료 개발: 스위스 과학자의 자동차와 항공기 탈탄소화를 위한 노력

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Making synthetic fuels: a Swiss scientist's bid to decarbonise cars and planes

합성 연료 개발: 스위스 과학자의 자동차와 항공기 탈탄소화를 위한 노력

 스위스 출신의 화학 엔지니어인 알레시아 체사리니는 기존 내연기관 및 기반 시설과 호환되는 합성 연료를 개발하고 있습니다. (사진: 미셸 안디나 / SWI swissinfo.ch)

수백만 개의 내연기관(기계, 차량, 항공기에 동력을 공급하는 장치)은 앞으로 수십 년 동안 계속 사용될 것입니다. 하지만 스위스의 한 화학 엔지니어는 이러한 엔진을 교체하는 대신, 기존 엔진 및 기반 시설과 호환되는 친환경적인 합성 연료를 개발하고 있습니다.

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이 콘텐츠는 다음 날짜에 게시되었습니다.2026년 7월 3일 - 오전 9시

9분

사이먼 브래들리

미셸 안디나

스위스 뒤벤도르프에 있는 연방 재료 과학 기술 연구소(Empa)의 미로 같은 연구실 안에서, 알레시아 체사리니는 2년 동안 제작한 시제품 전기 연료 장치를 선보이고 있다. 그곳에서는 파이프와 맞춤 제작된 모듈들이 복잡하게 얽혀 작동하고 있다.

그녀는 이를 기존 화석 연료를 대체할 수 있는 실행 가능한 대안을 제공하는 사업으로 발전시키는 것을 목표로 하고 있습니다.

"여전히 내연기관을 사용하는 시스템이 많이 있는데, 핵심은 현지에서 생산되고 오염을 덜 유발하는 해결책을 제공하는 것입니다."라고 그녀는 설명합니다.

스위스의 에너지 관련 이산화탄소 배출량 중 운송 부문이 47%를 차지합니다.외부 링크전 세계적으로는 25%인 반면, 스위스 연구에서는 그 비율이 더 높다고 추정합니다 .외부 링크2040년까지 약 200만 대의 내연기관 차량이 여전히 국내 도로를 주행할 것으로 예상된다. ( 블룸버그)외부 링크추정에 따르면 그 시점에도 여전히 자동차의 55%가 내연기관으로 운행될 것입니다. 또한 항공과 같이 탄소 배출량 감축이 어려운 분야의 경우, 장기적인 탈탄소화는 재생 연료 도입에 크게 좌우될 것입니다.

체사리니의 접근 방식은 간단합니다. 그녀는 "목표는 기존 차량과 인프라를 활용하여 환경적으로나 경제적으로 지속 가능한 해결책을 찾는 것입니다."라고 말합니다.

합성 연료 연구는 특히 중국, 미국, 유럽에서 빠르게 확대되고 있습니다. 국제 e-연료 관측소 2025외부 링크이 보고서는 28개국에서 120개 이상의 대규모 프로젝트를 나열하고 있습니다. 그러나 여전히 초기 단계이며 특정 분야에 집중되어 있고, 개념 연구에서 산업 시범 프로젝트로의 분명한 전환이 나타나고 있습니다.

스위스는 이산화탄소, 친환경 수소, 혁신적인 화학 기술을 결합하여 저탄소 연료를 생산하는 첨단 연구 허브로 자리매김하고 있습니다. 체사리니의 연구는 에너지 효율이 높은 촉매를 사용한 "드롭인" 휘발유 개발에 초점을 맞춘 후 항공 분야로 확장하는 독특한 틈새시장을 겨냥하고 있습니다. 그녀의 동료 연구자들 중 상당수는 항공 연료를 직접 연구하거나 "태양광을 이용한 액화 공정"을 연구하고 있습니다.

탄화수소를 레고처럼 쌓아 올리세요

실험실에서 세사리니는 노란색 액체가 담긴 플라스크 두 개를 들어 보인다.

"차이점을 찾을 수 있나요?" 그녀가 묻는다. 둘 다 특유의 날카롭고 자극적인 냄새가 나지만, 하나는 일반 95옥탄 휘발유이고 다른 하나는 그녀가 만든 합성 휘발유다.

그녀의 혁신의 핵심은 올리고머화라는 화학 공정으로, 에틸렌이나 프로필렌 분자를 기존 휘발유와 매우 유사한 액체 연료로 변환하는 것입니다. 이 공정의 또 다른 장점은 향후 항공기에 사용될 수 있는 등유 화합물 생산으로 확장할 수 있다는 점입니다.

이 짧은 영상에서 스위스 연구원 알레시아 체사리니는 자신이 개발한 합성 연료의 제조 과정을 설명합니다.

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이 순환 과정은 생물권이나 대기에서 이산화탄소(CO2)를 제거하여 메탄올이나 에탄올과 같은 알코올로 변환하는 것으로 시작됩니다. 그런 다음 탈수라는 기존 방법을 통해 이러한 액체에서 물을 제거하여 에틸렌과 프로필렌으로 변환합니다.

이러한 가스들은 반응기로 보내져 촉매에 의해 분자들이 분해되고 다시 결합되어 더 긴 탄화수소로 변환되며, 자동차, 비행기 또는 기타 기계에 직접 사용할 수 있는 합성 연료가 생성됩니다.

체사리니는 촉매가 공정을 효율적으로 만들고 에너지 소비를 낮추는 데 핵심적인 요소라고 설명합니다. "우리는 레고 블록처럼 작은 분자에서 시작합니다. 레고 블록으로 특정한 모양의 구조물을 만들듯이, 연료를 만드는 과정도 마찬가지입니다. 작은 분자들을 조합하여 더 긴 분자들을 만들어냅니다. 그리고 이 조합은 촉매를 통해 정확하게 이루어집니다."

비밀 촉매제

촉매는 비밀로 유지되는 특별한 성분입니다. 세사리니는 이 촉매가 다른 촉매와는 다르며, 구성 요소를 결합하여 즉시 사용할 수 있는 미리 정해진 특성을 가진 연료를 생성한다는 점 외에는 자세한 내용을 밝힐 수 없습니다.

그녀는 이것이 엄청난 경쟁 우위라고 말합니다. 독립적인 테스트 결과, 그녀의 합성 연료는 이미 표준 무연 휘발유의 주요 기준인 연구 옥탄가(RON) 95에 도달했으며, 초기 추정에 따르면 산업 규모로 생산될 경우 화석 휘발유와 가격 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 보입니다.

 독립적인 테스트 결과, 그녀가 개발한 합성 연료는 이미 일반 무연 휘발유의 주요 기준인 연구 옥탄가(RON) 95에 도달한 것으로 나타났습니다. (미셸 안디나 / SWI swissinfo.ch)

"비싼 개조 공사를 할 필요가 없어요. 화석 연료만 교체하면 엔진은 정상적으로 작동할 겁니다."라고 그녀는 설명한다.

Empa는 해당 연료를 기후 친화적이라고 설명하지만, 정확한 배출량 데이터는 아직 나오지 않았습니다.

"일반적으로 어떤 에너지원을 이용하느냐에 따라 이론적으로는 최대 100%까지 배출량을 줄일 수 있습니다."라고 그녀는 말합니다. "하지만 현실적으로는 90~95% 정도일 것입니다."

독일의 저명한 연료 연구원 요르그 사우어외부 링크체사리니의 프로젝트를 "매우 중요"하다고 평가했습니다. 최근 올리고머화 연구가 지속 가능한 항공 연료에 집중되고 있지만, 그는 스위스인포와의 인터뷰에서 "휘발유 유형 화합물은 장기적으로 계속 필요할 것"이라고 말했습니다.

하지만 카를스루에 공과대학교(KIT) 촉매 연구 기술 연구소 소장인 사우어는 엄격한 품질 기준을 확보하는 것이 필수적이라고 강조했습니다.

산림 우선 전략

체사리니는 스위스 취리히 연방공과대학(ETH Zurich)에서 지속 가능한 화학 물질 및 항공 연료 관련 프로젝트를 진행하며 합성 연료 연구를 시작했습니다. 그러나 엄격한 국제 인증 규정(시행하는 데 10년 이상 걸리는 경우도 많음) 때문에 승인이 더 빠르고 국가별 규제가 적용되는 도로 운송용 연료를 먼저 공급하는 방향으로 전략을 전환하게 되었습니다.

그녀의 연구실 바로 옆 복도에는 연간 약 1만 리터의 합성 연료를 생산할 수 있는 더 큰 규모의 시험용 시제품도 가동 중입니다.

티치노 주 출신의 이 연구원은 Empa 기업가 펠로우십을 통해 사업을 확장하고 스타트업을 시작하고 있습니다.

"박사 과정이 마치 회사처럼 되어버렸네요." 그녀는 미소를 지으며 말했다. "새로운 언어를 배우는 것 같아요."

이 지속 가능한 연료의 초기 적용 분야는 소규모 생산량과 통제된 사용량으로 시장 테스트가 용이한 임업 부문에 집중될 것입니다. 다음 단계는 연간 생산량을 100만 리터로 늘린 후 산업용 공급으로 확대하는 것입니다.

'알 수 없는 미지의 것들'

Empa 연구진은 새로운 연료를 시장에 출시하기 위해 생산량을 확대하는 것은 엄청난 도전이 될 것이라고 인정합니다.

"규모가 커지면 이전에는 생각지도 못했던 많은 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 흔히 '알지 못하는 미지의 것들'이라고 부릅니다."라고 나탈리 카사스 는 말합니다.외부 링크엠파의 에너지, 이동성 및 환경 부서를 이끄는 사람입니다.

사우어는 이에 동의하며, 차기 시범 사업을 잘 정의된 생산 공정에 긴밀하게 통합하고, 정확한 투입량과 목표 화학 물질 산출량을 설정하여 운영 조건을 제품 품질과 직접 연관시킬 것을 촉구했습니다.

대규모 생산에는 상당한 투자, 즉 수천만 프랑에 달하는 비용이 필요할 것으로 예상되지만, 체사리니의 스타트업 프로젝트는 기존 산업용 반응기 설계를 활용한다는 점에서 이점을 얻을 수 있을 것이다.

"전 세계에는 이러한 친환경 기술에 자본을 투자하려는 투자자들이 많습니다. 하지만 세상은 변하고 있고, 상황은 더욱 어려워지고 있습니다."라고 카사스는 인정합니다.

그녀는 스위스의 역할이 그러한 혁신을 개발하고 수출하는 데 있다고 봅니다. "스위스는 혁신에 매우 강하고, 이러한 혁신을 전 세계에 판매할 수 있는 기업들이 많습니다. 이것은 지역적인 문제가 아니라 세계적인 문제입니다. 스위스가 세계의 연료 탈탄소화를 도울 수 있다면, 그것은 우리가 제공할 수 있는 매우 강력한 자산이 될 것입니다."

사우어는 이에 동의하며, 스위스는 이번 연구를 통해 "탁월하고 세계적인 수준의 기초 연구를 응용 연구로 전환함으로써 기술적 우위를 확보할 기회를 갖게 될 것"이라고 말했습니다.

경쟁적인 환경

앞으로 어려움이 있겠지만, 세사리니는 수요와 투자자들이 나타날 것이라고 확신합니다. 그녀는 지속가능성과 더불어 에너지 안보가 관심을 끄는 요인이며, 이는 꾸준히 강조되어 온 추세라고 말합니다.외부 링크국제에너지기구(IEA)에 의해.

그녀는 "화석 연료를 대체해야 할 필요성이 점점 더 시급해지고 있다"며, 이로 인해 업계 관계자와 시장 참여자들이 "이러한 변화가 어디로 이어질 수 있는지, 그리고 잠재적인 협력 관계를 어떻게 구축할 수 있는지"를 모색하고 있다고 지적합니다.

그렇다면 운전자들은 언제쯤 스위스 주유소에서 그녀의 친환경 휘발유를 구입할 수 있게 될까요?

그녀는 "가능한 한 빨리"라고 말하며, 지금 당장 배출량을 줄이는 것이 목표라고 덧붙였습니다.

"우리는 주유할 때마다 여전히 화석 연료를 사용하고 있습니다. 우리는 그것을 바꾸고 싶습니다."