조류 연료와 항공 산업 – SAF(지속가능 항공 연료)의 미래

1. 항공 산업과 탄소 배출 – 지속가능 연료의 필요성

전 세계 항공 산업은 인류의 이동과 물류를 지탱하는 중요한 분야이지만, 동시에 기후 변화의 주요 원인 중 하나로 지목받고 있다. 국제민간항공기구(ICAO)에 따르면, 항공 부문은 전 세계 이산화탄소(CO₂) 배출의 약 **2~3%**를 차지하며, 이 수치는 항공 수요 증가와 함께 꾸준히 상승 중이다.

항공기는 다른 교통수단과 달리 고도 10km 이상의 성층권을 비행하면서 이산화탄소 외에도 수증기, 질소산화물(NOx), 미세입자 등 다양한 온실가스를 동시에 배출한다. 이는 지구온난화에 대한 복합적인 영향을 발생시켜, 같은 CO₂ 배출량이라도 지상보다 2배 이상의 기후 영향을 미치는 것으로 분석된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 전 세계 항공 업계는 **탄소중립 목표(Carbon Neutral Growth)**를 수립하고, 그 해법으로 **지속가능 항공 연료(Sustainable Aviation Fuel, SAF)**에 주목하고 있다. 특히 조류 기반 SAF는 차세대 연료 후보군 중 생산성과 지속가능성, 탄소 중립성 측면에서 가장 유망한 자원으로 부상하고 있다.

 2. SAF란 무엇인가 – 조류 기반 SAF의 정의와 특징

**지속가능 항공 연료(SAF)**는 기존 항공유(Jet-A, Jet-A1)의 물리적 특성과 호환되면서도, 지속 가능한 자원에서 생산되어 탄소배출량을 획기적으로 줄일 수 있는 항공 연료를 말한다. SAF는 식물성 기름, 폐유지, 바이오매스, 도시 폐기물, 심지어 이산화탄소 자체까지 다양한 자원을 원료로 생산할 수 있다.

이 중에서도 미세 조류 기반 SAF는 고지질 미세 조류에서 추출한 오일을 원료로 하여, Hydroprocessed Esters and Fatty Acids (HEFA) 또는 Fischer-Tropsch(FT) 방식으로 전환해 만든다.
조류는 다른 바이오 연료 원료보다 생장 속도가 빠르고, 비경작지나 폐수, 해수 등에서도 생산 가능하며, 생산 중 CO₂를 흡수하기 때문에 전체적으로 **탄소중립 또는 탄소 마이너스(Carbon Negative)**까지 실현 가능하다.

또한, 미세 조류 SAF는 높은 에너지 밀도, 점도 안정성, 냉각성능 등 항공 연료에 필요한 엄격한 기술 기준을 충족할 수 있는 성질을 가지고 있어, **기존 엔진, 저장 시스템, 연료 인프라와 100% 호환 가능한 "Drop-in Fuel"**로 간주된다.

 3. 조류 기반 SAF의 생산 과정과 기술적 원리

조류 기반 SAF 생산 과정은 크게 다섯 단계로 나뉜다:
① 미세 조류 배양 → ② 바이오매스 수확 → ③ 지질 추출 → ④ 연료 전환 → ⑤ 정제 및 품질 검증

1. 배양 단계: 조류는 광합성을 통해 CO₂를 흡수하며 성장하고, 그 세포 내에 **지질(lipid)**을 축적한다. 주로 보트리오코커스 브라우니(Botryococcus braunii), 나노클로롭시스(Nannochloropsis) 같은 고지질 조류가 사용된다.
2. 수확 및 추출: 배양된 조류는 여과, 원심분리, 응집 등의 방식으로 수확되며, 이후 용매 추출법 또는 초임계 CO₂ 방식을 통해 오일을 추출한다.
3. 전환 공정: 추출된 지질은 Hydroprocessing(수소화 처리) 또는 FT 전환을 통해 항공 연료로 변환된다. 이 과정에서 탄소 사슬이 항공유와 유사한 C8~C16의 탄화수소로 재구성된다.
4. 정제 및 품질 시험: 변환된 연료는 ASTM D7566 등의 국제 기준에 따라 동결점, 발화점, 점도, 밀도, 황 함량 등을 테스트해 항공유로서의 품질을 검증받는다.

이처럼 조류 SAF는 생산은 복잡하지만, 전체 공정에서 이산화탄소를 흡수하고, 친환경적 부산물만을 생성한다는 점에서 다른 연료보다 기후변화 대응 측면에서 매우 큰 강점을 가진다.

 4. 항공 산업 내 SAF 적용 현황과 시범사례

현재 세계 항공업계는 조류 SAF를 포함한 지속가능 연료의 상용화를 위해 다양한 실증 프로젝트와 전략적 투자를 확대하고 있다.

• 네덜란드 KLM: 세계 최초로 SAF 상용편 운항을 실시했으며, 조류 기반 SAF 개발을 위해 **AlgaePARC(알게팍)**와 협업
• 미국 유나이티드항공: 조류 기반 연료 스타트업인 **Viridos(구 Synthetic Genomics)**와 협력해 SAF를 개발 중
• 에어버스 & 보잉: 2030년까지 모든 항공기에 100% SAF 사용 가능 구조로 변경 목표
• 대한항공: 2022년부터 일부 국제선에 SAF 혼합유를 시범 도입, 중장기적으로 조류 기반 SAF 확대 계획 발표

국제민간항공기구(ICAO)와 국제항공운송협회(IATA)는 2050년까지 항공 탄소 배출량 50% 감축을 목표로 하고 있으며, 그중 SAF는 가장 핵심적인 감축 수단으로 규정돼 있다.

 5. 미래 전망 – 조류 SAF의 상용화 가능성과 과제

조류 기반 SAF는 분명 항공 연료 시장에서 탄소중립을 실현할 수 있는 가장 강력한 후보지만, 아직 상용화까지는 넘어야 할 과제들이 존재한다.

• 경제성: 현재 SAF의 생산 단가는 기존 항공유 대비 3~6배에 이른다. 특히 조류 배양, 수확, 추출, 전환 공정의 에너지 소비와 인프라 비용이 주요 부담 요인이다.
• 기술 확장성: 대량 배양 시 균일한 품질 유지, 오염 방지, 계절 변화 대응 등 기술적 문제가 존재한다.
• 정책 및 규제: 각국의 연료 인증 기준, 보조금, 탄소세, 배출권 거래제 연계 등 법적 장치가 아직 완전히 마련되지 않았다.

하지만 최근에는 AI 기반 배양 자동화, 스마트 광생물반응기, 태양광 연계 시스템 등으로 생산 효율이 빠르게 개선되고 있으며, 국가별 SAF 의무혼합제도(Mandate) 도입이 확대되면서 조류 SAF의 가격 경쟁력도 점차 현실화되고 있다.

앞으로 10~20년 안에, 항공 산업 내 SAF 사용 비율이 전체 연료의 50% 이상으로 확대될 가능성이 제기되고 있으며, 조류 기반 연료는 그중 가장 중요한 축이 될 것이다.