[진단] 저무는 석유시대, 석유대체연료 뜬다
[진단] 저무는 석유시대, 석유대체연료 뜬다
  • 김진오 기자
  • 승인 2022.01.03 06:00
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바이오에너지에 골몰하는 정부, 내연기관 공략으로 입지 다져
“미비한 품질기준 재설정이 급선무, 내연기관도 재평가 필요”
▲바이오디젤 플랜트.
▲바이오디젤 플랜트.

[이투뉴스] 세계 각국이 기후위기에 대응하기 위해 신재생에너지를 확대하면서 석유의 영향력이 축소되는 모습이다. 이에 따라 자연스레 바이오디젤, 바이오에탄올 등 석유대체연료의 영향력은 반등하고 있다.

석유대체연료는 석유제품을 이용하는 설비의 근본적인 구조변경 없이 석유제품을 대체할 수 있는 연료를 뜻한다. 국내에서는 2002년 올림픽을 계기로 바이오디젤이 처음 도입되면서 그 이름을 알렸다. 바이오디젤은 2006년 상용화됐으나 단가가 높아 정부는 면세혜택을 부여했다. 이후 바이오디젤 시장이 2011년 안정화되면서 면세혜택을 종료했고 2012년 관련법을 개정해 바이오디젤을 경유에 2~5% 혼합하도록 의무화(RFS)하는 등 20년째 석유대체연료로서 그 자리를 지키고 있다.

석유의 영향력이 축소되고 석유대체연료가 크고 있다는 것은 정유사의 태도에서도 드러난다. RFS 도입 당시 바이오디젤을 직접 생산하라는 정부의 권유에도 10년 넘게 난색을 표해온 정유사들이 최근 들어 하나둘 바이오에너지 산업에 뛰어들고 있는 것이다. 국내 바이오디젤업계에서 “바이오디젤 시장 형성에는 뒷짐지던 대기업이 중소·중견기업이 구축한 시장에 진입한다”며 비아냥 대는 목소리가 나오는 까닭이다.

이처럼 석유대체연료 시장이 커지면서 현재 도로에 국한된 석유대체연료의 영향력이 해운과 항공까지 확대될 것이라는 전망이 나온다. 석유대체연료가 수소와 전기는 맡을 수 없는 내연기관 등의 분야로 파고들어 그 입지를 다질 것이라는 설명이다.

◆석유대체연료 개발, 온실가스 감축효과 커
석유대체연료는 석유제품을 이용하는 설비의 근본적인 구조변경 없이 석유제품을 대체할 수 있는 연료를 뜻한다. 국내에서는 2002년 올림픽을 계기로 바이오디젤이 처음 도입됐다고 할 수 있다. 바이오디젤은 2006년 상용화됐으나 단가가 높아 정부는 면세혜택을 부여했다. 이후 바이오디젤 시장이 2011년 안정화되면서 면세혜택을 종료했고 2012년 관련법을 개정해 바이오디젤을 경유에 2~5% 혼합하도록 의무화하는 등 20년째 석유대체연료로서 그 자리를 지키고 있다.

UN 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 가이드를 통해 바이오에너지를 자국에서 소비할 경우 해당국의 온실가스 배출량을 제외하기로 한 바 있다. 가이드에 의하면 바이오디젤의 경우 1킬로그램에 2.6톤의 온실가스가 절감된다. 바이오중유는 2.9톤, 에탄올은 2.1톤, 바이오항공유는 2.4톤을 절감할 수 있다. 이처럼 석유대체연료 개발은 온실가스 감축효과가 크다.

IPCC는 현재 식량원료에서 농업부산물, 폐자원 등 비식량원료를 활용한 R&D에 집중하는 모습을 보이고 있다. 일각에서 우려하는 식량가격 상승에 대한 문제도 비식량원료를 사용한 2세대 바이오에너지로 개발방향을 잡으면서 향후 경제성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 인간이 배출한 생활쓰레기 중 유기성분, 인분 및 가축분뇨, 하수슬러지, 농공산업·농임산 폐기물 등 유기물 부하가 높아 환경에 악영향을 끼치는 유기성 폐자원을 바이오에너지로 전환하는 것이다.

▲2015~2019 국내 석유대체연료 업계 매출액.
▲2015~2019 국내 석유대체연료 업계 매출액.

국내에서 언급되는 대표적인 석유대체연료로는 ▶바이오디젤 ▶바이오에탄올 ▶석탄액화연료유 ▶천연역청유 ▶유화연료유 ▶가스액화연료유 ▶디메르틸에테르연료유 ▶바이오가스연료유 ▶바이오중유 등 아홉 종류가 있다.

이 중 바이오디젤은 2006년 상용화돼 RFS제도를 통해 경유에 의무적으로 혼합하도록 돼있다. 바이오에탄올은 지난 2019년 3% 바이오에탄올 적용기술을 연구를 끝마쳤으며 디메르틸에테르는 산업용 연료로 사용된다. 유화연료유는 상용화됐지만 보급량이 미미하고 바이오가스연료유는 2012년부터 상용화돼 도시가스, 버스, 발전 등에 사용하고 있다. 바이오중유의 경우 2019년부터 발전용으로 상용화돼 이미 품질기준까지 세워진 바 있다.

한국바이오에너지포럼이 2020년 밝힌 통계에 의하면 국내 바이오에너지 중 가장 많이 보급된 것은 목재펠릿으로 37%를 차지했다. 그 뒤를 17%인 바이오디젤이 이었다. 바이오중유와 바이오SRF가 12%, 우드칩과 펄프에서 유래한 흑액이 5%, 임산연료가 3%, 매립지가스와 바이오가스 및 폐목재가 2%, 성형탄이 0% 순이다. 전체 바이오에너지 시장은 1조6000억원 수준으로 이 중 바이오디젤과 바이오중유가 1조3000억원을 차지하고 있다.

현행 석유대체연료 보급의 가장 큰 쟁점은 바이오디젤과 바이오중유의 시장 확대를 위한 경제성 있는 원료확보 기술 개발이라고 말해도 과언이 아니다. 또 수송부문 탄소중립에 기여할 수 있는 바이오에탄올 시범보급 사업 검토와 국산원료 개발 등이 있다.

◆효율적인 새 석유대체연료 검토해야
일각에서는 새로운 석유대체연료에 대한 검토가 필요하다는 주장이 제기된다. 한국석유관리원은 최근 기존 석유대체연료에 더해 ▶바이오선박유 ▶수소첨가바이오디젤(HBD, 이하 수첨바이오디젤) ▶바이오항공유 ▶바이오열분해유 ▶바이오합성유(BTL) ▶전기연료(E-fuel) 등 여섯가지 바이오에너지가 현재의 석유경제사회에서 수소경제사회로 가는 중간다리가 될 것이라고 예상했다.

바이오선박유는 국제해사기구(IMO)가 2020년부터 해양환경 규제를 실시하면서 이에 대응하기 위한 도입 기초연구 중이다. 현재 국내외 선박·엔진 제조사 및 연료공급사들이 실증에 들어갔다. 석유관리원은 바이오선박유의 도입을 위해서는 바이오선박유 평가방법 개발, 연료의 안정적인 공급 및 유통망을 개발해야 한다고 밝혔다.

수첨바이오디젤의 경우 동식물성유지를 수소와 반응시켜 제조한다. 자동차용 경유, 항공유 등에 혼합해 사용할 수 있으며 SK이노베이션이 플랜트를 건설해 2012년 시험생산에 성공한 바 있다. 수첨바이오디젤은 대부분 자동차용 경유에 혼합해 사용하고 있지만 고등기술연구원은 최근 국내 최대규모의 시험설비를 구축하고 연 15톤의 수첨바이오디젤을 생산해 항공유에 50%를 혼합, 국방과학연구소에 납품하기도 했다. 다만 바이오디젤과의 원료경쟁을 해야하고 높은 생산단가로 인해 경제성이 떨어져 이를 개선하는 것이 급선무라고 할 수 있다.

바이오항공유는 재생가능한 원료 또는 폐자원을 다양한 공정을 통해 합성한 항공 대체연료로, 항공유에 최대 50%까지 혼합할 수 있는 특징을 가졌다. 다만 국내 보급을 위한 R&D와 실증사업이 미진하고 보급확대를 위한 인센티브 적용과 인프라 구축이 필요하다. 특히 우리나라는 2020년부터 국제항공 탄소상쇄 및 저감계획(CORSIA)을 도입한 바 있어 공공-민간 파트너십을 통한 투자 및 개발이 필요한 실정이다.

바이오열분해유의 경우 폐플라스틱열분해유와 유사하게 폐목재 등을 열분해해 만드는 바이오에너지다. 국내에서는 하루 20톤 정도가 생산되며 보일러, 디젤발전기에 사용할 수 있다. 또 차량용 연료나 선박유에도 활용할 수 있을 것으로 기대돼 실증이 필요한 상황이다. 미국, 유럽에서는 이미 품질기준이 마련돼 난방, 발전용으로 사용된다.

바이오합성유는 유럽을 중심으로 플랜트 플랫폼이 개발되고 있다. 최근에는 영국 항공-정유사를 중심으로 플랜트를 구축 중이며 잉여전기를 활용한 제조기술이 활발하게 연구된다. 국내에서는 e-fuel 개발과 연계해 플랫폼 구축을 위한 R&D가 필요하다.

e-fuel은 독일, 노르웨이와 일본을 중심으로 R&D 중이며 국내에서는 아직 실험실 수준인 것으로 알려졌다. 그린수소 공정과 CCUS 연계기술, 촉매의 수성가스변환반응(RWGS)을 반영한 수율 향상, 피셔-트롭시 합성반응(FT)의 효율 향상이 필요한 시점이다.

▲HMM은 현재 바이오선박유를 실증하고 있다.
▲HMM은 현재 바이오선박유를 실증하고 있다.

이들 여섯가지 바이오에너지는 서로 간에 공통되는 공정이 있어 효율적인 생산이 가능하다. 바이오선박유는 바이오열분해유와 바이오중유를 혼합해 만들 수 있고, 바이오항공유는 수소첨가바이오디젤과 공정이 비슷하다. 또 바이오합성유의 경우 e-fuel과 최종합성 공정을 공유한다.

업계에서는 이미 폐목재 등 바이오매스를 원료로 하는 바이오열분해유나 합성유 개발, 정유산업에서 나오는 CCU와 연계한 e-fuel 도입, HMM이 바이오선박유를 실증하는 등 신규 석유대체연료 개발에 대한 움직임이 있는 상황이다.

김종렬 미래기술연구소 연구처장은 “국제에너지기구(IEA)가 2021년 펼친 2050년 넷제로 보고서를 보면 그때도 바이오에너지는 일정부분 역할을 할 것으로 전망된다”며 “우리나라는 미래에 바이오에너지, 석유화학, CCUS, 풍력, 수소, 태양광 등 모든 산업 분야에서 탄소저감을 해야 탄소중립을 이룩할 수 있다”고 내다봤다. 또 “바이오에너지는 최종적으로는 해운, 항공 등 수소, 전기를 통한 전동화가 불가능한 분야에서 쓰이게 될 것”이라며 “산업부문의 바이오에너지 사용 확대가 예상된다”고 전망했다.

그는 특히 석유대체연료의 미비한 품질기준을 재설정하는 것이 급선무라고 설명했다. 김 처장은 “기존 석유제품과 석유대체연료는 만들고 사용하는 환경이 다르다”며 “특히 실제로 활용될 수 있을지 내연기관에 대한 평가도 추가적으로 필요하다”고 말했다.

김진오 기자 kj123@e2news.com

 


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