유튜브 구독자 구매 국내 연구진, 끓이지 않는 정유 기술 개발…100년 이어진 한계 넘었다

유튜브 구독자 구매 국내 연구진이 원유를 뜨겁게 가열하지 않고도 성분별로 분류할 수 있는 새로운 정유 기술을 개발했다. 원유는 오로지 끓여서 정제해야 한다는 지난 한 세기 동안의 공식을 깬 것이다. 상온에서 일종의 ‘필터’를 사용하는 이번 기술을 쓰면 고온을 만드는 데 필요한 에너지 사용량과 탄소 배출량을 각각 30% 이상 줄일 수 있어 향후 정유 공정 개선의 출발점이 마련될 것으로 보인다.
과학기술정보통신부는 24일 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 고동연 교수가 이끄는 연구진이 원유를 끓이지 않고 정제하는 기술을 만드는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 연구 결과를 담은 논문은 국제학술지 ‘네이처’ 25일자에 실렸다.
인류는 원유를 지난 한 세기 동안 뜨겁게 가열하는 방식으로 정제해 왔다. 350도 이상으로 끓여서 기체로 만든 원유를 증류탑에 밀어 넣었다. 온도가 높은 증류탑 하단에서는 경유가, 온도가 낮은 상단에서는 나프타와 휘발유가 분리된다.
고온에 의존하는 정유 방식 때문에 소모되는 에너지는 연간 1100TWh(테라와트시)다. 전 세계 에너지 생산량의 4%에 이른다. 열은 대부분 화석연료로 만든다. 온실가스 배출도 촉진된다.
연구진은 이 같은 고온 정유 과정의 일부를 상온에서 운용하는 필터로 대체하는 기술을 내놓았다. 필터로는 ‘폴리아크릴로니트릴(PAN)’이라는 합성 섬유로 만든 ‘다공성 고분자 분리막’을 이용했다.
다공성 고분자 분리막 사용법은 독특하다. 우선 새 분리막에 원유를 붓는다. 이러면 원유 속 파라핀 같은 무거운 기름 성분이 분리막 내에 무수히 뚫린 비교적 큰 구멍에 들러붙으며 모기장 같은 미세 구멍을 형성한다. 뻥 뚫린 하수구 위로 거름망을 씌운 것 같은 효과가 나타난다.
미세 구멍 크기는 머리카락 굵기의 5만분의 1인 2㎚(나노미터)다. 찌꺼기가 엉킨 것 같은 이 미세 구멍은 원유 스스로 만든 ‘체’가 됐다. 체는 원유 속 나프타와 휘발유·등유는 통과시키고, 다른 성분은 붙잡았다.
연구진은 통과시키고 남은 원유 성분만 증류탑에서 뽑아낸다면 지금처럼 오로지 증류탑에 의존할 때보다 비용과 환경 면에서 큰 이점이 있다고 설명했다. 에너지 사용량은 31.6%, 이산화탄소 배출량은 37.6% 줄일 수 있을 것으로 예측했다.
연구진은 이 기술을 국내 정유·석유화학 산업에 적용하면 연간 약 1000만t의 온실가스를 감축할 수 있으며, 이는 승용차 400만대가 1년 동안 뿜는 탄소량과 대등한 수준이라고 설명했다.
고온 처리 없이 원유를 정제하려는 시도는 기존 과학계에서도 있었다. 하지만 연구진처럼 ㎡당 5달러(약 7600원) 수준인 값싼 다공성 고분자 분리막이 아니라 구조가 복잡한 특수 장치를 고안하는 데 주력했다. 제조 비용 증가라는 문제를 연구진은 해결한 것이다.
연구진은 중동산 원유를 사용해 분리막이 잘 작동한다는 사실을 확인했다. 고 교수는 “전 세계에서 생산되는 다양한 원유에 분리막이 어떻게 반응할지 검증해야 한다”며 “3~5년 안에 상용화할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

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