수소를 원료로 사용하기 힘든것 중 하나가 비행기 인데, 과연 이 비행기는 어떤 대체 연료로 기동시킬 수 있을까? 바로 그것이 SAF 라는 지속가능항공유 이다.
1. 하늘 위의 탄소 배출 주범 비행기, 왜 배터리나 수소 대신 'SAF'일까?
전 세계적으로 기후 위기에 대응하기 위한 탄소중립(Net-Zero) 바람이 거세게 불고 있습니다. 도로 위에서는 내연기관 자동차가 전기차와 수소차로 빠르게 교체되고 있으며, 발전소와 대형 공장에서도 화석연료 사용을 줄이기 위한 기술 혁신이 숨 가쁘게 진행 중입니다. 하지만 수많은 교통수단 중에서도 유독 '친환경 전환'이 극도로 어려운 난공불락의 영역이 하나 있습니다. 바로 전 세계 하늘을 누비는 '항공 산업'입니다.
항공기는 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 2.5~3%를 차지하며, 상공 10,000m의 성층권에서 직접 온실가스와 질소산화물을 뿜어내기 때문에 지상 배출원보다 지구 온난화에 미치는 영향이 훨씬 더 치명적입니다.
그렇다면 도로 위의 자동차처럼 "비행기도 거대한 배터리를 달고 전기로 날거나, 수소연료전지를 넣으면 되지 않을까?"라는 의문이 자연스럽게 듭니다. 하지만 항공 산업의 물리적 특성상 이는 당장 실현하기 불가능에 가까운 일입니다.
- 무게와 에너지 밀도의 한계: 현대 민항기가 수백 명의 승객과 수십 톤의 화물을 싣고 태평양을 건너기 위해서는 엄청난 에너지가 필요합니다. 현재 상용화된 리튬이온 배터리의 무게당 에너지 밀도는 기존 항공유(케로신)의 약 50분의 1 수준에 불과합니다. 서울에서 뉴욕까지 가는 보잉 777 여객기에 배터리를 탑재하려면, 배터리 무게만 비행기 전체 무게를 훌쩍 넘어서서 승객이나 짐을 아예 실을 수조차 없습니다.
- 초저온·초고압 환경의 수소 저장 난제: 수소 에너지는 무게당 에너지가 높지만 부피가 지나치게 큽니다. 비행기 날개나 동체 내부에 수소를 실으려면 영하 253°C의 극저온 액화 시스템이나 거대한 700기압 저장 탱크가 필요한데, 이는 항공기의 공기역학적 구조와 안전성을 근본적으로 뜯어고쳐야 하는 수십 년짜리 장기 과제입니다.
이러한 물리적 장벽 앞에서 현실적인 대안으로 낙점된 유일한 구원투수가 바로 'SAF(Sustainable Aviation Fuel, 지속가능항공유)'입니다.
SAF는 석유나 석탄 같은 화석연료를 정제해서 만드는 전통적인 항공유 대신, 폐식용유, 동식물성 유지, 농업 폐기물, 심지어 공기 중 포집한 탄소와 그린수소를 원료로 사용하여 만든 친환경 대체 항공유를 뜻합니다.
SAF의 가장 압도적인 장점은 '드롭인(Drop-in) 연료'라는 점입니다. 기존 비행기의 제트 엔진이나 공항의 급유 인프라, 파이프라인을 단 1%도 개조할 필요 없이 기존 항공유와 섞어서(또는 순수 상태로) 그대로 주유해 하늘을 날 수 있습니다. 비행기를 새로 만들지 않고도 연료만 바꿔 즉각 탄소 배출을 줄일 수 있는 가장 현실적이고 강력한 무기인 것입니다.
2. 폐식용유부터 e-Fuel까지: SAF의 제조 기술 방식과 기존 항공유와의 결정적 차이
SAF를 처음 접하는 분들은 흔히 *"SAF도 엔진 안에서 연소하면 결국 이산화탄소($CO_2$)가 배출되는데, 어떻게 친환경 연료가 될 수 있는가?"*라는 의문을 가집니다.
그 비밀은 바로 '전 주기 탄소 배출량(LCA, Life Cycle Assessment)' 개념에 있습니다.
기존 화석연료 기반의 항공유는 수억 년 전 땅속에 묻혀 있던 탄소를 꺼내어 대기 중으로 새로 방출하는 구조이므로 대기 중 총 탄소량을 계속 늘립니다. 반면 SAF는 식물(성장 과정에서 $CO_2$ 흡수)이나 이미 사용된 폐식용유, 혹은 공기 중에서 직접 포집한 $CO_2$를 재활용하여 연료를 만듭니다. 따라서 비행기가 날아가면서 배출하는 탄소는 원래 대기 중에 존재하던 탄소가 되돌아가는 것일 뿐이며, 원료 채취부터 정제, 수송, 연소까지 전 과정을 종합적으로 계산하면 기존 화석 항공유 대비 탄소 배출량을 최대 80%까지 획기적으로 감축할 수 있게 됩니다.
현재 국제항공운송협회(IATA)와 미국재료시험협회(ASTM)에서 공식 승인받아 상용화되었거나 활발히 개발 중인 SAF의 핵심 기술 경로는 크게 3가지로 나뉩니다.
① HEFA (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids, 수소화 에스테르 및 지방산)
- 주요 원료: 식당이나 가정에서 버려지는 폐식용유(UCO), 동물성 지방(도축 부산물), 팜 부산물 등
- 제조 공정: 폐식용유나 유지의 불순물을 제거한 후, 고온·고압 환경에서 수소를 첨가(수소화 반응)하여 산소 분자를 떼어내고 파라핀계 탄화수소로 전환하는 기술입니다.
- 장단점 및 현주소: 현존하는 SAF 공급량의 90% 이상을 차지하는 가장 성숙한 기술입니다. 이미 정유사들이 대량 생산 체제를 갖추고 있으며 품질도 뛰어납니다. 다만, 전 세계적으로 폐식용유 공급량이 한정되어 있어 향후 폭발하는 항공 수요를 감당하기에는 원료 수급의 한계에 부딪힐 수 있습니다.
② AtJ (Alcohol-to-Jet, 알코올 기반 합성 기술)
- 주요 원료: 옥수수, 사탕수수, 사탕무 등에서 추출한 바이오 에탄올, 또는 목재·농업 폐기물(셀룰로오스)
- 제조 공정: 식물성 당분을 발효시켜 만든 에탄올이나 이소부탄올에서 수분을 제거(탈수)하고, 이를 긴 사슬의 탄화수소로 합성(올리고머화 및 수소첨가)하여 제트유를 만듭니다.
- 장단점 및 현주소: 농업 부산물과 비식량 작물을 원료로 확장할 수 있어 잠재력이 큽니다. 그러나 식량 자원과의 경합 문제(옥수수 가격 상승 등)를 피하기 위해 폐목재나 짚풀 등 셀룰로오스 원료를 경제적으로 전환하는 기술 고도화가 진행 중입니다.
③ PtL / e-Fuel (Power-to-Liquid, 합성 항공유)
- 주요 원료: 공기 중이나 산업체에서 포집한 이산화탄소($CO_2$) + 재생에너지 전기로 만든 '그린수소($H_2$)'
- 제조 공정: 태양광·풍력 발전 전력으로 물을 분해해 그린수소를 만들고, 탄소 포집 기술(CCUS)로 모은 $CO_2$와 결합시켜 합성가스(Syngas)를 만든 뒤 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 공정을 통해 인공 항공유를 합성해 냅니다.
- 장단점 및 현주소: 토지나 식물 자원, 폐유 확보에 구애받지 않고 무제한 생산이 가능한 'SAF의 최종 완성형 기술'입니다. 탄소 감축 효과가 90~100%에 달합니다. 하지만 대량의 그린수소와 CCUS 인프라가 필요하여 현재로서는 생산 단가가 가장 비싸며, 2030년대 이후 메인스트림 기술로 안착할 것으로 기대됩니다.
3. 글로벌 의무화 규제와 가격 장벽: SAF가 열어갈 친환경 항공의 미래 전망
전 세계 항공업계가 SAF 도입에 사활을 걸고 있는 이유는 단순한 환경 보호 차원을 넘어, 'SAF를 쓰지 않으면 비행기를 띄울 수 없는 강력한 글로벌 환경 규제'가 이미 시작되었기 때문입니다.
가장 앞서가는 곳은 유럽연합(EU)입니다. EU는 '리퓨얼EU(ReFuelEU Aviation)' 법안을 통해 2025년부터 유럽 내 공항에서 이륙하는 모든 항공기에 최소 2%의 SAF 혼합 급유를 의무화했습니다. 이 혼합 비율은 2030년 6%, 2035년 20%, 그리고 2050년에는 무려 70%까지 단계적으로 확대됩니다. 미국 역시 인플레이션 감축법(IRA)을 통해 SAF 생산에 갤런당 최대 1.75달러의 파격적인 세액 공제 혜택을 부여하며 생산 설비 투자를 유도하고 있습니다.
대한민국 역시 2027년부터 국내에서 출발하는 모든 국제선 항공편에 SAF 혼합 급유(약 1% 수준 시작)를 의무화하는 방침을 발표하며 글로벌 규제 발맞추기에 나섰습니다.
하지만 장밋빛 전망 이면에는 SAF가 항공유의 대세로 자리 잡기 위해 반드시 해결해야 할 치명적인 현실적 과제들이 존재합니다.
- 기존 항공유 대비 3~5배에 달하는 높은 가격: 현재 SAF의 생산 원가는 일반 제트유보다 3배에서 많게는 5배 이상 비쌉니다. 항공사 전체 운영비에서 연료비가 차지하는 비중이 30%에 달하는 만큼, 비싼 SAF 도입은 항공권 가격 인상으로 이어져 소비자들의 부담을 키울 수 있습니다.
- 턱없이 부족한 글로벌 공급 인프라: 현재 전 세계에서 생산되는 SAF의 양은 전체 제트유 소비량의 채 1%에도 미치지 못합니다. 정유 공장의 SAF 전용 생산 라인 전환, 원료 수급 유통망 구축, 품질 인증 체계 마련 등 천문학적인 시설 투자가 요구됩니다.
- 안정적인 원료 공급망 확보 경쟁: HEFA 공정에 들어가는 폐식용유와 바이오 유지를 확보하기 위해 글로벌 정유사와 항공사 간의 원료 쟁탈전이 치열해지고 있습니다.
결론적으로 SAF는 기후 위기 시대에 비행기가 하늘길을 계속해서 열어둘 수 있는 '유일무이한 기술적 탈출구'입니다. 단기적으로는 폐식용유 기반의 HEFA 공정이 시장을 주도하고, 중장기적으로는 그린수소와 탄소 포집이 결합된 e-Fuel 기술이 대량 양산되면서 생산 단가가 빠르게 하락할 것입니다.
근데 한편으로는...결국 이 기술이 더 수소기술보다 효율있어보이면....스읍...-_ 기술 갈아...타야하나..^^.....
(에휴..ㅠㅠ)