지속 가능한 항공유 생산 공정 및 방법

지속 가능한 항공유 생산 공정은 하나의 고정된 공정 흐름도만 있는 것이 아닙니다. 생산자들은 다양한 기술 계열을 통해 지질, 고체 바이오매스, 알코올, 또는 재생 가능 수소와 포집된 CO₂를 제트 연료 등급의 탄화수소로 전환할 수 있습니다. 각 경로마다 고유한 원료 전처리 과정, 반응 순서, 정제 요건, 유틸리티 수요, 인증 절차 및 규모 확대 위험이 있습니다.

실제로 지속 가능한 항공 연료는 어떻게 생산될까요? 모든 프로젝트는 네 가지 기본 단계를 거쳐야 합니다. 즉, 추적 가능한 원료를 준비하고, 그 탄소를 탄화수소로 전환하며, 터빈 연료의 특성에 부합하도록 분자 구조와 비등 범위를 조정하고, 최종적으로 생성된 혼합 성분이 해당 연료 규격 요건을 충족하는지 검증하는 것입니다. HEFA, 피셔-트로프슈 합성을 이용한 가스화, 알코올-투-제트(Alcohol-to-Jet), 파워-투-리퀴드(Power-to-Liquid) 방식은 각기 매우 다른 장비와 경제성을 통해 이러한 최종 단계에 도달합니다.

맑고 푸른 하늘 아래, 현대적인 도시 상공을 날고 있는 여객기. — SAF 생산 공정은 상당히 다양하지만, 모든 공정은 기존 항공 시스템에 안전하게 공급될 수 있는 규격에 부합하는 연료를 생산해야 합니다.

생산 공정 개요

전체 공정은 반응기 단계 이전에서 시작되어 실험실 분석 단계 이후에 끝납니다. 다음의 순서는 주요 지속 가능한 항공 연료 생산 방법 전반에 적용될 수 있을 만큼 포괄적이지만, 생산 방식에 따라 사용되는 장비와 오염 물질은 다릅니다.

원료 적격성 평가 — 대상 시장에서 요구하는 원산지, 성분, 변동성, 추적 가능성 및 수명 주기 분석 방법론을 확인한다.

사료 제조 — 물, 고형물, 염류, 금속, 황, 질소 화합물, 타르 또는 기타 공정별 촉매 독성 물질을 제거한다.

1차 변환 — 오일에서 산소를 제거하거나, 고체를 가스화하거나, 알코올에서 수분을 제거하거나, 재생 가능한 수소와 포집된 탄소를 결합하는 것.

탄소 사슬의 구축 및 고도화 — 분자를 합성, 분해, 수소화 및 이성질화하여 제트 연료의 비등점 범위에 맞추는 과정.

분리 및 분획 — 가스와 물을 분리하고, 가능한 경우 수소를 회수하며, 나프타, 제트유, 디젤유 분획을 분리한다.

테스트, 혼합 및 출시 — 노선별 특성을 확인하고, 허용 한도 내에서 혼합하며, 완성된 연료가 요구되는 항공 규격에 부합하는지 검증한다.

원료 적격성 평가와 기술적 승인은 별개의 심사 절차입니다. ASTM 승인은 정의된 전환 경로를 통해 안전한 합성 혼합 성분을 생산할 수 있음을 확인해 줍니다. 지속가능성 평가 체계는 원료의 출처, 추적 가능성, 수명 주기 온실가스 배출량, 토지 이용 영향 및 기타 환경 기준을 별도로 검토합니다.

지속 가능한 항공유 생산 방법 비교

ICAO는 현재 FT, HEFA, ATJ, SIP, 촉매 수열분해 및 정유소 공동처리 등 여러 가지 변형 방식을 포함하여 총 11가지의 승인된 전환 공정을 등재하고 있다. 업계에서는 이러한 공정을 4가지 주요 기술 계열로 묶어 분류하는 경우가 많은데, 이는 각 계열 간에 플랜트 설계 및 자원 요구 사항에서 가장 큰 차이가 나타나기 때문이다 (ICAO, 2026).

주요 경로 계열 및 해당 처리 논리

경로 계열	일반적인 원료	주요 공정 흐름	상업직	주요 제약 조건
HEFA	사용한 식용유, 동물성 지방, 해당되는 식물성 기름 및 폐유	전처리 → 수소탈산소화 → 수소분해/이성질화 → 분별 정제	상업적으로 가장 성숙한	적합한 지질 공급, 수소 및 원료 변동성
가스화 + FT	농림 부산물, 선별된 도시 폐기물, 기타 탄소질 원료	전처리 → 가스화 → 합성가스 정제 → FT 합성 → 제품 고도화	인증 완료; 폐기물 및 바이오매스 분야에 대한 제한적 상업적 도입	자본 비용, 원료 물류, 가스 정제, 가동률
ATJ	에탄올, 이소부탄올 및 해당 경로에 포함되는 기타 알코올	정제 → 탈수 → 올리고머화 → 수소화 → 분획	초기 상업적 규모 확대	알코올 생산 비용 및 탄소 집약도, 수소, 전환 수율
PtL / e-SAF	재생 가능 전력, 물, 포집된 이산화탄소	전기분해 → CO₂ 전환 → 합성가스 또는 메탄올 → 합성 및 정제	시연 및 초기 프로젝트 개발	청정 에너지의 비용, 활용도, 효율, CO₂ 공급원 및 인증 절차

HEFA: 지방 및 오일 가공

HEFA 원료는 먼저 유입되는 오일에 적합한 여과, 탈검, 건조 및 오염 물질 제거 공정을 거칩니다. 정제된 지질은 수소와 반응하여 산소를 제거하는데, 이 산소는 주로 물의 형태로 배출되며, 촉매와 조건에 따라 일산화탄소나 이산화탄소의 형태로 배출되기도 합니다. 이를 통해 긴 파라핀계 분자가 생성됩니다. 그 후 수소분해 및 수소이성질화 공정을 통해 사슬 길이와 분지 구조를 조절하여, 생산된 제품이 제트 연료 범위의 비등점 및 저온 요구 사항을 충족할 수 있도록 합니다. 분별 증류 공정을 통해 제트 연료를 재생 디젤, 나프타 및 경질 제품으로부터 분리합니다.

핵심적인 절충점은 제트 수율과 크래킹 강도 간의 균형입니다. 크래킹 강도를 높이면 제트 분획의 저온 유동성을 개선할 수 있지만, 동시에 경질 제품이 추가로 생성될 수도 있습니다. 따라서 원료 품질, 수소 소비량, 제품 구성, 촉매 수명을 종합적으로 최적화해야 합니다. 본 기사에서는 HEFA에 대한 비교 분석에 초점을 맞추고 있으며, 지질 전처리, 수소 루프, 촉매 순서에 대한 자세한 내용은 JALON의 별도 자료에서 다루고 있습니다. HEFA 공정 안내서.

가스화 및 피셔-트로프슈 공정: 합성가스를 통한 탄소 재합성

가스화 공정은 액체가 아닌 고체에서 시작됩니다. 바이오매스나 폐기물은 가스화기에 투입되기 전에 선별, 크기 조절, 건조 과정을 거쳐야 하며, 경우에 따라 고밀도화 처리도 필요합니다. 열, 산소, 증기를 통해 원료는 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 미립자, 타르, 황 화합물, 질소 화합물 및 미량의 오염 물질을 포함하는 합성가스로 변환됩니다. FT 촉매는 합성가스의 품질이 엄격하게 제어되어야 하므로, 정제 공정은 필수적입니다.

정제 과정 후, 합성을 위해 수소와 일산화탄소의 비율이 조정됩니다. 피셔-트로프슈(Fischer–Tropsch) 촉매는 합성가스(syngas)를 이용해 긴 탄화수소 사슬을 형성하며, 이후 수소분해 및 이성질화 과정을 통해 왁스와 중질 제품을 제트 연료 등급의 분자로 전환합니다. 이 공정은 HEFA에 적합하지 않은 풍부한 잔류물을 활용할 수 있지만, 프로젝트에서는 이종 원료, 고체 물질 물류, 산소 수요, 가스화기의 신뢰성, 합성가스 정제, 그리고 자본 집약적인 정제 공정을 관리해야 합니다. 따라서 “모든 바이오매스”라는 표현은 적절한 원료 사양이라고 할 수 없습니다.

산업용 바이오매스 처리 시설을 둘러싼 농업 경관. — 바이오매스-액체 전환(B2L) 프로젝트는 신뢰할 수 있는 지역 원료 공급 체계는 물론, 가스화, 합성가스 정제, 피셔-트로프슈 합성 및 정제 공정에 의존합니다.

알코올-투-제트: 알코올로부터 더 긴 사슬 생성하기

ATJ 공정은 생물학적 원료, 폐기물 유래 또는 합성 원료에서 추출된 정제된 알코올을 원료로 시작합니다. 탈수 반응을 통해 알코올은 해당 알켄으로 전환되는데, 에탄올은 에틸렌으로, 이소부탄올은 이소부텐으로 변환됩니다. 올리고머화 반응을 통해 이러한 작은 분자들이 더 긴 사슬로 결합되고, 수소화 반응을 통해 생성물이 포화되며, 분별 정제를 통해 원하는 제트 연료 범위를 분리합니다. 공정 경로와 제품 분포에 따라 추가적인 이성질화 또는 후처리 공정이 필요할 수 있습니다.

이 방식은 기존의 알코올 생산 및 물류 인프라를 활용할 수 있지만, 알코올의 탄소 집약도는 정제 설비만큼이나 중요한 요소입니다. 발효에 소요되는 에너지, 농업 투입재, 토지 이용 가정, 전력, 수소, 탄소 포집, 운송 등은 모두 수명 주기 평가 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 프로젝트 평가 시에는 구매한 에탄올을 획일적인 상품으로 취급하기보다는, 알코올 공장과 ATJ 공장을 하나의 물질·에너지·배출 모델로 통합하여 분석해야 합니다.

전력-액체 전환(Power-to-Liquid): 재생 가능 수소와 포집된 탄소의 결합

PtL은 재생 가능 전력을 이용해 물 전기분해를 통해 수소를 생산합니다. 포집된 CO₂는 정제 및 압축된 후, 역수소-가스 변환과 같은 전환 단계를 거쳐 수소와 결합하여 합성가스를 생산하거나 메탄올 합성 과정을 거칩니다. 이후 이 중간체는 FT(프렌치-토마스 공정), 메탄올 파생 화학 공정 또는 기타 적격한 경로를 통해 전환되어 제트기용 연료로 정제됩니다.

PtL은 그 자체로 단일 ASTM 부록이 아니며, 이에 대해 하나의 보편적인 혼합 한도를 적용해서는 안 됩니다. 인증은 합성 혼합 성분을 제조하는 데 사용되는 다운스트림 전환 공정을 따릅니다. 또한 기후 성과는 여러 조건에 따라 달라집니다. 즉, 전력의 탄소 집약도, 전해조 가동률, 수소 압축, CO₂ 공급원, 전환 효율, 열 통합 등이 모두 중요한 요소입니다. 저렴한 전력만으로는 경쟁력 있거나 저탄소 e-SAF 플랜트를 보장할 수 없습니다.

서로 다른 경로에 공통적으로 포함된 프로세스 블록

사료 준비는 전환 공정을 보호합니다

각 원료는 서로 다른 불순물 성분을 가지고 있습니다. 지질에는 물, 인, 염류, 금속, 유리 지방산 및 산화 생성물이 포함될 수 있습니다. 바이오매스 유래 합성가스에는 미립자, 타르, 황, 암모니아, 염화물, 알칼리 및 과잉 이산화탄소가 포함될 수 있습니다. 알코올 원료에는 물과 발효 부산물이 포함될 수 있습니다. 포집된 CO₂와 전해수소에는 합성 공정에 적합한 순도 및 수분 관리가 필요합니다.

이러한 스트림에는 하나의 범용 흡착제나 가드베드 구성을 일률적으로 적용해서는 안 됩니다. 올바른 설계는 측정된 조성, 압력, 온도, 유량, 오염물질 부하량, 요구되는 출구 사양 및 재생 전략을 바탕으로 이루어져야 합니다. 다른 SAF 공정 흐름도에서 사용된 적이 있다는 이유만으로 특정 등급의 흡착제를 표준으로 간주할 경우, 오염 위험이 훨씬 더 비용이 많이 드는 촉매 구간으로 전이될 수 있습니다.

업그레이드를 통해 제트 연료의 특성을 구현

1차 전환 공정에서 완성된 제트 블렌드 성분이 직접 생산되는 경우는 거의 없습니다. HEFA 및 FT 제품에는 종종 제어된 분해 및 이성질화 공정이 필요한 순수 파라핀이나 중질 왁스가 포함되어 있습니다. ATJ는 작은 알켄으로부터 더 긴 사슬을 형성한 다음 이를 수소화해야 합니다. PtL은 선택된 하류 공정 경로의 정제 요건을 그대로 따릅니다.

저온 유동성은 이 단계가 중요한 이유 중 하나입니다. 제트 A와 제트 A-1은 최대 동결점 요건이 서로 다르며, 일반적으로 각각 −40°C와 −47°C입니다. 분자 분지도를 높이면 일반적으로 저온 특성이 개선되지만, 과도한 수소분해는 원료가 나프타와 경질 가스로 전환됨에 따라 제트유 수율을 저하시킵니다. 따라서 촉매 선택성, 온도, 수소 압력, 공간 속도 및 원료 순도는 각각 개별적으로 최적화하기보다는 하나의 시스템으로 종합적으로 평가해야 합니다.

분별 정제가 판매 가능한 제품 라인업을 결정한다

SAF 공장은 일반적으로 하나 이상의 탄화수소 분획을 생산합니다. 증류 및 가스 분리 공정을 통해 경질 가스, 나프타, 제트 연료 등급 원료, 디젤 연료 등급 원료, 미반응 중간체, 물 및 재순환 유분이 분리됩니다. 경제성 모델은 원료 1톤 전량이 항공 연료로 전환된다고 가정하는 대신, 모든 부산물에 대해 현실적인 수율을 반영해야 합니다. 또한 재생 가능 연료 공장은 상대적 가격과 정책적 가치가 변동함에 따라 디젤 또는 제트 연료 생산에 유리하도록 운영 강도를 조정할 수도 있습니다.

지속 가능한 항공 연료 기술을 선택하는 방법

경로는 해당 부지의 가장 큰 자원적 이점과 가장 큰 제약 요인을 고려하여 선정해야 합니다. 원료 가격만으로는 충분하지 않은데, 이는 운송 반경, 가격 변동성, 저장, 전처리, 유틸리티, 자금 조달, 인증, 제품 유연성 등의 요인이 겉보기상의 비용 이점을 무효화할 수 있기 때문입니다.

선정 요인	답변해야 할 질문들	왜 경로 결정이 바뀌는가
원료 및 물류	어떤 연간 생산량을 추적할 수 있습니까? 성분의 변동 폭은 어느 정도입니까? 어떤 운송 및 보관 방식이 필요합니까?	전처리 처리량, 플랜트 규모, 가동률 및 수명 주기 결과를 산정합니다.
유틸리티	수소, 저탄소 전력, 산소, 증기, 물, 이산화탄소(CO₂)를 필요한 품질로 확보할 수 있습니까?	운영 비용과 배출량 모두를 효과적으로 관리할 수 있다
기존 자산	정유, 알코올, 가스화, 수소, 저장 또는 혼합 관련 인프라를 재사용할 수 있을까요?	자본 비용, 일정, 통합 위험 및 제품 유연성에 변화를 가져온다
기술 성숙도	제안된 규모는 운영 기준, 보증 사항 및 라이선스 제공자의 데이터에 근거하고 있습니까?	시운전 위험, 자금 조달 조건 및 생산량 증대 가정을 관리합니다
수명 주기 탄소	어떤 방법론과 인증 제도가 적용되나요? 토지 이용, 전력, 수소 및 부산물에 대해서는 어떤 가정들이 적용되나요?	해당 제품이 의도된 규제상 또는 자발적 가치를 획득하는지 여부를 판단합니다.
제품 및 인증	어떤 ASTM 부록이 적용됩니까? 어떤 혼합 비율 제한, 방향족 함량, 제품 라인업 및 목표 시장이 요구됩니까?	테스트 프로그램 및 수익 모델을 설정합니다.

정유소 수소가 공급되는 지질 자원이 풍부한 지역은 HEFA 방식에 유리할 수 있습니다. 대규모의 안정적인 잔류물 유입을 관리할 수 있는 부지라면 가스화-FT 방식을 채택할 타당성이 있습니다. 확립된 저탄소 알코올 공급 체계는 ATJ 방식을 뒷받침할 수 있습니다. PtL 방식은 재생 가능 전력이 풍부하고, 전해조가 높은 가동률로 운영될 수 있으며, 적절한 CO₂ 공급원이 확보된 곳에서 더욱 실현 가능성이 높아집니다. 이는 단지 출발점일 뿐, 자동적인 해답은 아닙니다. 투자 타당성이 입증된 방식을 선정하기 위해서는 여전히 부지별 질량 및 에너지 수지 분석이 필요합니다.

푸른 농지 위로 뻗은 푸른 하늘을 가로지르는 비행기의 비행운. — 기술 선정은 항공 수요와 원료의 추적 가능성, 지역 자원, 유틸리티의 탄소 집약도, 그리고 타당한 수명주기 모델을 종합적으로 고려해야 한다.

인증, 블렌딩 및 지속가능성 자격

ASTM D7566에는 승인된 합성 항공유 혼합 성분에 대한 부록이 포함되어 있습니다. 각 부록에서는 허용되는 공정 조건, 조성 요건 및 최대 혼합 비율을 정의하고 있습니다. 널리 사용되는 HEFA-SPK, FT-SPK 및 ATJ-SPK 공정은 최대 50%까지 혼합이 허용되는 반면, SIP 및 HC-HEFA-SPK 공정은 10%로 제한됩니다. ICAO는 또한 서로 다른 한도를 가진 D1655 공동 처리 공정을 나열하고 있는데, 여기에는 특정 지방, 오일, 그리스 및 FT 탄화수소에 대한 5%와, 정의된 HEFA 공동 처리 공정에 대한 10%가 포함됩니다 (ICAO, 2026).

승인된 합성 성분이 혼합되고 완성된 배치가 해당 규격을 충족하면, 이를 기존 규격을 준수하는 제트 연료로 재분류할 수 있습니다. 100% SAF를 사용한 시범 비행은 현재 적용 중인 노선별 상업용 혼합 제한을 해제하지 않습니다. 더 광범위한 비혼합 사용에는 연료 특성, 재료 호환성, 연소실 가동성, 배출 가스 및 취급 성능에 대한 추가적인 검증이 필요합니다.

지상 지원 장비가 있는 공항 에이프런에 정차해 있는 상업용 항공기. — 승인된 SAF 성분이 혼합되고, 완성된 배치가 해당 규격을 충족하면, 이는 기존에 구축된 공항 내 저장, 취급 및 항공기 급유 시스템으로 유입될 수 있습니다.

단순히 기술적 요건을 충족한다고 해서 지속가능성 주장이 성립되는 것은 아닙니다. CORSIA 및 지역별 제도는 수명 주기 배출량, 적격 원료, 추적성, 인증 및 검증에 대해 각각 별도의 규정을 적용합니다. 프로젝트는 원료 계약이나 공정 설계를 확정하기 전에 목표 시장과 회계 체계를 명확히 파악해야 합니다.

제작 프로젝트에서 흔히 발생하는 문제점

공표된 생산 능력은 실제 생산량으로 간주됩니다.

명판 용량은 시운전 지연, 낮은 가동률, 원료 부족, 또는 정유소가 SAF 대신 재생 디젤을 선택하는 경우 등을 고려하지 않습니다.

원료 사양이 너무 광범위합니다.

“폐유”, “바이오매스” 또는 “포집된 CO₂”만으로는 충분하지 않습니다. 변동성과 불순물이 전처리 과정, 촉매 노출, 수율 및 가동 중단 시간을 결정합니다.

실험실 수율이 재무 모델이 된다.

상업적 수지 계산에는 제품 분리, 재활용, 촉매 노화, 시동 손실, 가동 중단, 부산물 및 규격 미달 물질이 포함되어야 합니다.

인증 절차는 마지막까지 미루어 두었다.

프로젝트 정의 단계에서 정확한 원료, 공정 경로, 부속서, 혼합 한도, 시험 프로그램 및 목표 인증 체계를 명확히 규정해야 합니다.

흡착제 및 촉매는 일반 데이터시트에서 선정됩니다.

정적 용량이나 표면적만으로는 프로젝트의 실제 압력, 온도, 오염 물질 및 재생 주기 조건 하에서 작동 성능이 보장되지 않습니다.

정제 및 촉매 재료의 지정

재료 선정은 공정 사양을 바탕으로 시작됩니다. 건조 또는 정화 용도의 경우, 견적 요청서(RFQ)에는 조성, 상, 압력, 온도, 정상 및 최대 오염 물질 부하량, 요구되는 출구 농도, 유량 범위, 사이클 시간, 재생 방법, 입자 크기 제한, 허용 압력 강하, 기계적 강도 요구 사항 등이 명시되어야 합니다. 제올라이트를 함유한 촉매 재료의 경우, 골격 유형, 실리카 대 알루미나 비율, 결정 크기, 산도, 결합제 시스템, 금속 성분 및 활성화 절차 등이 모두 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

JALON은 다음의 초기 선별을 지원할 수 있습니다. SAF 관련 용도에 사용되는 제올라이트 소재 및 분자 체 제품. 실제 공정 조건, 목표 제품 특성 및 라이선스 제공자의 요구 사항을 공유하여, 기술 팀이 후보 등급을 선정하고, 이용 가능한 특성 분석 결과 및 배치 문서를 제공하며, 적절한 시료 검증 계획을 수립할 수 있도록 해야 합니다. 최종 자재 승인은 반드시 용도별 시험 결과 및 공정 라이선스 제공자 또는 EPC의 설계 기준에 따라 결정되어야 합니다.

SAF 노선에 대한 자재 요건을 검토하십시오

초기 기술 검토를 위해 원료 구성, 공정 조건, 불순물, 목표 출하 사양 및 재생 요건을 보내주십시오.

공정 조건에 대해 논의해 보세요