정유기업은 중장기적인 석유제품 수요 감소에 대비해 차세대 연료 개발이 요구되고 있다.
일본 정유 메이저 에네오스(Eneos)는 2026년까지 신규 연구개발(R&D)센터를 설립하고 오픈 이노베이션에 주력하며 에너지 전환을 위한 새로운 연료와 지속가능 소재 개발, 디지털 기술 활용을 중점 추진할 계획이다.
특히, 재생 합성연료 상용화에 사활을 걸고 있으며 합성연료 보급 뿐만 아니라 라이선스 사업까지 가능한 고효율 MCH(Methylcyclohexane) 합성 프로세스 상용화 및 합성 메탄올(Methanol) 베이스 연료·화학제품 생산 등을 준비하고 있는 것으로 알려졌다.

에네오스, R&D 일원화로 혁신 추진
에네오스는 2026년까지 신규 R&D센터를 설립해 기존의 연구개발 기능을 일원화할 계획이다.
신규 R&D센터는 요코하마(Yokohama) 혼모쿠(Honmoku) 연구동 부지에 연면적 약 2만평방미터 4층으로 건설하며, 오픈 이노베이션 확대를 위해 외부와의 접근성을 높이고 연구원 간 교류 활성화를 촉진하는 동선으로 설계한 것으로 알려졌다.
이미 2023년 4월 기존 혼모쿠 연구동의 조직을 재편해 연료·화학제품 연구소를 지속가능 연구소로 변경했으며 산하에 합성연료 및 CR(Chemical Recycle) 기술 개발과 화학제품용 바이오 원료 적용 등을 연구하는 그룹을 편성했다. 
선진기술 연구소에서는 디지털 기술부문을 디지털 연구소로 분할·독립시켜 PFN(Preferred Networks)과 공동 개발한 범용 원자 시뮬레이터 Matlantis 이용을 고도화하는 등 디지털 기술 활용에 힘을 쏟을 계획이다.
최근 석유제품을 대체할 차세대 연료 개발의 중요성이 강화되는 가운데 에네오스는 기존 중앙기술연구소 부지에서 이산화탄소(CO2)와 수소를 원료로 탄화수소를 합성하는 피셔트롭시(FT: Fischer-Tropsch) 합성법으로 일평균 1배럴급 소규모 합성연료 실증 플랜트를 건설하고 있다.
2024회계연도(2024년 4월-2025년 3월) 상반기까지 모든 장비를 갖추고 스케일업을 완료할 예정이며 제트연료 및 디젤연료에 주목하며 합성 메탄올 기술 조사·개발에 착수한 것으로 알려졌다.
1단계로 이산화탄소와 수소로부터 메탄올을 합성하는 프로세스를 적극 개발할 예정이며 메탄올을 연료와 화학제품 원료로 모두 사용 가능하기 때문에 재생에너지를 이용해 고효율로 합성할 수 있게 되면 유망한 에너지 캐리어가 될 것으로 기대하고 있다.

다이렉트 MCH 프로세스 합성 실현
에네오스는 MCH를 수소 캐리어로 활용하기 위해 효율적으로 합성하는 다이렉트(Direct) MCH 프로세스를 개발하고 있다.
늦어도 2030년대 초반에는 상용화할 수 있을 것으로 판단하고 있으며 최근 대규모 실증을 위해 대형 전해조 개발을 추진하는 한편 장기적으로 글로벌 수소 공급망 정비를 위해 라이선스 사업화를 검토하고 있다.
에네오스가 개발하고 있는 다이렉트 MCH 공법은 전기에너지를 사용해 물과 톨루엔(Toluene)에서 MCH를 직접 합성하는 기술이다. 설비 코스트가 수전해로 수소어 만들어 톨루엔을 첨가하는 기존 공법의 절반 수준에 불과해 일본 경제산업성이 수소 공급가격을 낮출 수 있는 획기적인 기술로 주목하고 그린이노베이션 기금 지원 대상으로 선정한 것으로 알려졌다.
에네오스는 다이렉트 MCH 상용화를 위해 2021년 소규모 실증을 진행한데 이어 2023년 2-9월 오스트레일리아에서 중규모 실증에 착수하는 등 단계적 실증을 진행하고 있다.
중규모 실증에서는 면적 약 3평방미터의 전극을 6장 적층한 150kW급 중형 전해조를 출력 변동이 있는 태양광발전 베이스 전력으로 가동함으로써 장치 부하 및 가동방법 최적화 방안을 검토했다.
2026-2027년 진행할 최종 실증은 5MW급 대형 전해조를 활용하며, 이온교환막‧촉매 등을 조합하는 막 전극 접합체 생산기술과 그동안 소규모‧중규모 실증을 통해 확립한 노하우에 스미토모전기(Sumitomo Electric)의 기술까지 추가해 2025년까지 전해 셀을 개발하기로 했다.
스미토모전기는 대형 레독스흐름전지 개발을 통해 확보한 유로, 전극 설계기술을 다이렉트 MCH 전해조에 응용하는 방안을 검토하고 있다.
에네오스가 밀폐형 셀 개발을 계획하고 있어 유사한 부분이 많은 레독스흐름전지 관련 노하우를 활용함으로써 전류밀도를 향상시키고 생산효율을 개선할 계획이며, 전해조를 컨테이너형 유닛으로 설계하면 플랜트 건설 코스트까지 감축 가능할 것으로 판단하고 있다.

AUS에서 최종 실증실험 진행
에네오스는 MCH 상용화를 목표로 최근 오스트레일리아에서 실증 플랜트 건설을 진행하고 있다.
투입 전력을 저가의 재생에너지 베이스로 전환할 수 있는 해외에 상용 플랜트를 건설한 다음 일본에 이산화탄소 프리 수소를 대량 수입하는 구조를 확립할 예정 아래 현재 MW급 대형 전해조를 개발하고 있다.
이르면 2026년 가동이 가능할 것으로 예상되며 중형 전해조와 동일한 크기의 전극을 사용하되 적층 장수를 150-200장으로 늘려 수소 생산능력을 시간당 1000노말입방미터로 확대할 예정이다. 연간 수소 수송량을 수만톤급으로 확대함으로써 상용화 직전 단계까지 나아가는 것을 목표로 하고 있다.
에네오스는 일본 정부가 2030년 목표로 설정한 수소 공급가격 1노말입방미터당 30엔을 달성하기 위해 코스트다운 기술 개발을 서두르고 있으며 다이렉트 MCH 공법 뿐만 아니라 다양한 프로세스를 활용함으로써 2030년까지 이산화탄소 프리 수소 25만톤 공급이 가능한 서플라이체인을 구축할 방침이다.
MCH는 합성 효율화 기술 확립 뿐만 아니라 탈수소화 프로세스에도 에너지를 투입해야 하는 과제가 남아 있으며 당분간 기존 정유공장의 잉여라인을 활용할 방침이나 MCH를 대규모로 이용하게 되면 개별적인 열원을 확보할 필요가 있어 MCH-FC(연료전지) 활용을 주목하고 있다.
탈수소화 장치와 연료전지를 조합해 열교환 효율을 높여 MCH로 직접 발전하는 방법을 검토하고 있으며 성공하면 수소를 경유하지 않고 에너지 캐리어로 이용 가능할 것으로 기대하고 있다. (윤)