1. 서론
석유의 가격 상승과 기후 변화에 관한 지속적인 관심에도 불구하고 수송 분야의 에너지 사용은 전 세계적으로 증가하고 있는 추세이다. 특히 전 세계의 석유소비량 절반 이상이 수송 분야에서 소비되고 있으며, 이에 따른 이산화탄소 배출은 전체 에너지 관련 배출의 약 25% 이상을 차지하고 있다. 따라서 수송분야는 연료 사용량 및 온실가스 배출 감소라는 두 가지 커다란 과제에 당면해 있는 실정이다.

본고는 국제에너지기구(IEA)의 2050년 에너지 기술 전망(ETP 2050 : Energy Technology Perspectives)의 2008년판에 근거하여 수송용 연료기술을 조망한다. 약 2050년경의 차량용 연료 전망은 기본적인 기술에 대한 불확실성이 존재하기 때문에 기술의 성숙도에 따른 가정이 필요하다. 따라서 현재 가지고 있는 기술 그대로 2050년 까지 지속되었을 경우, 강력한 정책들이 가정되지만 기본적인 기술의 가격 경쟁력을 유지했을 경우, 바이오 연료의 많은 사용이 있으며, 전기자동차 및 연료전지자동차의 도입이 생겼을 경우의 세 가지 시나리오를 바탕으로 2050년경의 차량용 연료 전망을 하도록 하겠다. 각각의 시나리오는 Baseline, Act Map, Blue Map으로 나뉜다.

2. 현 연료 상황
전 세계적인 석유 가격의 상승과 기후 변화에 관한 관심에도 불구하고 수송 분야에서의 연료 사용은 증가하는 추세에 있다. 지난 십 수년간 많은 수준의 효율이 증가하였으나 이러한 효율의 증가로 인한 연료 사용량의 감소에 비하여 전체 운송 차량의 증가가 급격하여 전체적인 연료 사용량은 증가하였다. 특히 현재 대부분의 차량용 연료는 석유계 연료인 가솔린 경유 등에 의존하고 있으며 그 사용량은 약 95%에 달한다. 현재
몇몇 국가에서는 압축 천연가스(CNG, Compressed Natural Gas)나 액화 석유가스(LPG, Liquefied Petroleum Gas) 등을 대체 연료로 사용하고 있는 추세이다. 또한 일부 국가에서는 차량 연료로 화석 연료가 아닌 연료들을 사용하기 시작하였다. 특히 북미 OECD 국가와 라틴아메리카에서는 바이오디젤과 상용 디젤을 혼합한 연료가 많이 쓰이고 있으며 CNG와 LPG 또한 라틴아메리카와 북미 OECD 국가에서 큰 역할을 하고 있다.

CTL(Coal to Liquid)과 GTL(Gas to Liquid)은 크게 사용되고 있지 않으며 남아프리카 등지에서만 CTL이 조금 사용되고 있다. 현재까지는 수소 연료의 사용은 거의 없다. <그림 1>은 2005년의 지역별 연료 사용량을 나타내고 있으며 <그림 2>는 2005년의 지역별 비 석유계 연료 사용량이다. 주로 OECD국가에서 대부분의 연료를 사용하고 있으며
비 석유계 연료의 경우에는 각 지역의 특성에 따라 소비량이 다르다.

3. Baseline 시나리오
현재로서 가능한 미래 연료 전망 중 하나는 현재의 기술 수준에서 혁신적인 발전 없이 수 %정도의 연비증가를 가정하는 것이다. 또한 이러한 경우에는 현재 연구 단계에 있는 플러그인 하이브리드자동차, 전기자동차, 연료전지자동차 등의 극적인 기술 성공을 가정하지 않는다. 연료의 효율 향상이나 효과적인 사용면에있어서 현재로서 상당한 수준에 이르렀으며, 따라서 혁신적인 기술의 발전이 없을 수 있다는 가정도 타당하다. 특히 수송에 사용되는 효율을 향상시키는 것은 수송량 증가의 일부분만을 상쇄시키는 것이며 앞의 가정을 반증하듯 효율 개선 추세가 둔화되고 있는 것이 사실이다.

그러나 인구의 증가와 산업의 증가 추세로 봤을 때 2005년에서 2050년 사이 소형 승용차의 수송량은 세 배 이상 증가할 것이 예상되며, 이에 따른 버스,트럭, 소형 승용차를 제외한 다를 수송량도 두 배 이상 증가할 것으로 예상된다. 특히 지역적으로 보았을 때 이러한 증가 추세는 개발도상국 중심으로 이루어질 것이며, 특히 자동차 보유대수 증가 추세가 높은 중국과 인도에 두드러지게 나타난다. <그림 3>은 IEA 국가의 승용과 화물 수송에 따른 최근 몇 년간의 에너지 사용 밀도 변화 경향을 보여준다. 최근 몇 년간 운송 수단의 에너지 밀도가 매우 느리게 발전했음을 보여주고 있다.

이러한 가정에는 대체연료의 사용이 현재 수준과 비슷하기 때문에 전체 에너지 소비는 화석연료의 사용에 의존하게 될 것이다. 그러나 전통적인 석유의 생산량은 최고점을 기록한 후 감소하기 시작할 것이다. 따라서 이에 따른 부족분은 비 통상적인 석유(유사 : 油砂. Tar Sand)와, GTL 및 CTL 등에 의한 화석 자원으로 메워질 것이 예상된다. 이러한 연료들은 평균적으로 기존 석유에 비하여 탄소의 함량이 매우 높아 이에 의존할 경우 현재보다 자원의 소모 및 환경 파괴가 더 심해질 것으로 예상된다. 결국 이로 인하여 이 Baseline 시나리오에 따르면 세계 수송분야의 에너지 소모와 배기가스 배출은 2030년경에는 2005년 대비 50% 이상 증가할 것이며, 2050년경에는 두 배 이상 증가 할 것으로 예상할 수 있다. <그림 4>는 Baseline 시나리오에 따른 분야별 투자 비율을 나타내고 있으며 <그림 5>에서는 Baseline 시나리오에서 예상하는 지역별 연료 사용량을 나타내고 있다.

4. ACT Map 시나리오
ACT Map 시나리오는 기술적 관점에서 현재보다 효율의 빠른 발전을 가정하며 수송분야에서 탄소 함량이 높은 화석 연료의 사용을 줄이기 위해 진보된 바이오 연료의 사용이 장려되도록 강력한 제재가 이루어진 경우를 예상한다. 또한 모든 ACT Map에서는 2050년까지 이산화탄소의 감소 비용을 톤당 USD 50 정도로 예상하고 있으며, 이러한 비용 투자를 통하여 2030년경 혹은 그 전까지 대부분의 성과가 이루어질 것으로 예상한다. <그림 6(a)>는 ACT Map 시나리오에서 예상하는 Baseline 시나리오 대비 추가 투자 비용을 나타낸다. 이 경우 하이브리드 자동차의 성공을 통하여 2050년 경까지 약 50% 이상의 연료 소모량 감소가 이뤄질 것이며, 이러한 하이브리드 차량의 시장 점유율이 지역에 따라 약 75~95%를 차지할 것으로 예상하고 있다.

또한 다른 교통 수단 전환 및 교통 시스템 발전을 꾀하여 전체 Baseline 대비 약 15% 정도의 수송량 감소가 이루어질 것이다. 특히 ACT Map 시나리오의 경우 바이오연료의 도입에 상당수를 의존하고 있다. 따라서 ACT Map 시나리오의 성공을 위해서는 전체적인 온실가스의 배출이 적은 바이오연료의 개발 및 보급의 성공이 시급하다. 특히 에탄올이나 바이오디젤과 같은 액체상태의 바이오연료는 기존의 내연기관과의 호환성이 뛰어나 향후 수송분야에서 온실가스 배출 감소에 중요한 역할을 하게 될 것이다. 특히 향후 10~15년 동안 가장 가격 경쟁력이 있는 바이오연료로는 브라질과 그 외 개발 도상국에서 생산되는 사탕수수로부터 만들어진 에탄올이 될 가능성이 높다. 이후 시간이 지남에 따라 목질섬유소에서 공급되는 에탄올과 Fischer-Tropsch 과정을 통해 얻어지는 합성 디젤 및 2세대 바이오 연료들이 온실가스 감소에 중요한 역할을 하게 될 것이다.

그러나 아직까지는 이러한 2세대 바이오연료의 생산 수준이 불투명하며 바이오 연료사용 시 식량 수급에 대한 문제 등의 극복해야 할 장벽이 존재하기 때문에 성공적인 바이오연료의 개발을 위해서는 산업, 대학, 정부 등의 기술 및 정치적 협조가 요구된다. 특히 바이오 연료의 원료로 사용될 농작물을 재배하기 위한 농촌의 인프라 구축과 인력확보를 달성해야 하며, 바이오연료 산업이 형성되었을 때에 나타나는 공기 오염과 환경적인 변화들에 대한선행 연구가 필요할 것이다.

5. BLUE Map 시나리오
BLUE Map 시나리오에 의하면 2050년까지 수송 분야의 CO2 배출은 전체적으로 2005년 수준의 에 비해 30% 가량 감소하게 될 것이다(즉 2050년의 Baseline 시나리오에 비해 70% 가량 감소한 수준). ACT Map 시나리오에 반영된 것과 같이 효율 향상을 비롯한 몇 가지 에너지 저감 기술들은 상대적으로 저렴한 가격에 이뤄질 수 있다. 그러나 최저 가격은 온실가스 감소를 위해 연료를 2세대 바이오나 수소 혹은 전기로 전환하는 과정에서 급격히 증가할 가능성이 있다. BLUE Map 시나리오에서 원가절감에 관련된 기술의 큰 발전이 없다면 2025년 후 연료전지자동차, 전기자동차 사용의 증가를 통한 CO2 감소 비용은 1톤 당 USD 500 가량 될 것으로 예상된다. <그림 6 (b)>는 Baseline 시나리오 대비 BLUE Map 시나리오의 종목별 추가 투자 비용을 나타내고 있다. BLUE Map 시나리오에서는 향후 15년간의 에너지 저장 장치, 연료전지 시스템과 진보된 바이오 연료 시스템에 관한 연구 및 기술개발 증대를 통해 장기적인 관점에서 수송 분야의 CO2 감소에 필요한 비용을 낮추는 것이 중요할 것으로 생각된다.

6. 결론
수송분야는 (매우 높은 수준에서의) 연료 사용과 온실가스 배출의 감소라는 큰 과제에 당면해 있다. 연료전지나 차체 내부 에너지 저장장치(예, 배터리, 울트라캐패시터, 수소 저장장치)와 같은 혁신적인 기술들은 아직 기술적으로 성숙하지 못했고, 가격 경쟁력이 없으며 합리적인 가격에 CO2 배출량 감소에 기여하기까지는 오랜 시간이 필요하다. 그러나 현재 가격 경쟁력을 가진 것으로 판단되는 다른 몇몇 기술들이 이미 상용화 되어 있다. 이런 기술들은 향후 5년에서 15년 동안 가격을 낮추기 위한 지속적인 노력과 활발한 연구를 필요로 한다. 낮은 비용으로 이산화탄소 배출을 상당량 감소시키기 위한 잠재적 방법중 하나는 현재 사용되고 있는 차량들의 효율을 향상시키는 것이다. <그림 7>에서 보는 바와 같이 획기적인 이산화탄소 감소를 예상하는 ACT Map 및 BLUE Map 시나리오에서도 효율 향상기술의 성장이 중요한 부분을 차지하고 있다. 또한 탄소 함량이 낮은 대체연료의 사용을 가능하게 하는 등의 기술을 발전시키고 위 기술들의 가격을 낮추기 위한 지속적인 연구 개발이 필요하다. 이러한 신기술들이 시장에 진입한다면 본 기술들은 가격경쟁력을 갖춘 이산화탄소 감소의 중요한 역할을 할 수 있을 것이라 기대된다.