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수송용 신재생연료의 현황

페이지 정보

글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2014-07-25 05:05:06

본문

1. 서론

현재 인류가 사용하고 있는 에너지의 대부분은 화석연료에 의존하고 있으며 이를 사용할 수 있는 가채년수(Reserve/Production ratio)는 석유가 약 54년 정도라 한다. 화석연료는 유한한 에너지자원으로 이를 대체하기 위한 석유대체연료로서 신재생연료가 상용화되고 있는 추세이다.

글 / 임의순 (한국석유관리원 석유기술연구소)
출처 / 오토저널 4월호

신재생연료의 사용은 다양한 에너지원의 확보차원에서 탈석유의 일환이며 또한 기후변화에 대응하기 위한 이산화탄소(CO2, Carbon Dioxide) 감축에 일조할 수 있으며 또한 새로운 산업의 일자리를 창출할 수 있다. 이러한 신재생연료의 국내외 현황과 보급활성화를 위한 선진국의 제도적 동향을 살펴보고 지금 정부에서 추진 검토하고 있는 신재생에너지연료 혼합 의무화제도를 통한 국내 전망을 살펴보고자 한다.

2. 자동차용 신재생연료의 특성

우리나라 차량 등록대수는 약 1,800만대를 육박하고 있다. 이중 휘발유 차량이 약 50%를 차지하고, 경유차량은 약 38%를 점유하며 LPG(액화석유가스) 차량은 14%를 차지하고 있다. 이들 차량의 연료는 원유를 정제하여 만든 석유제품으로 자동차용 휘발유, 경유, LPG가 있다. 자동차용 휘발유는 2012년 약 11,000천㎘정도 소비되었으며 경유의 소비는 약 21,000천 ㎘이다. 자동차용 휘발유, 경유를 대체할 수 있는 신재생연료로서 바이오에탄올연료유, 바이오디젤연료유가 있다. 천연가스차량를 대체 할 수 있는 연료는 바이오메탄(바이오가스)가 있다. 이들 연료는 생물유기체로부터 생산되어 재생가능하며 지속가능한 연료로 평가 받고 있다. 또한 이들 연료를 생산할 수 있는 옥수수, 사탕수수, 콩, 유채, 폐기물 등의 원료는 지구온난화의 주범인 온실가스 이산화탄소(CO2)를 흡수하여 자라나면서 산소(O2, Oxygen)를 생산해낸다.

따라서 이들 신재생연료를 사용하면 탄소중립(Carbon Neutral)이다. 이러한 에너지 작물의 생산과 연료로 가공하여 사용하는 연관 산업의 활성화를 위하여 미국, 브라질, 유럽 등 세계 각국은 석유를 대체 할 수 있는 연료로서 신재생연료를 적극 장려하고 국가적인 목표를 세워 도입에 힘쓰고 있다.

전 세계 바이오연료의 전체 생산량은 약 102만 ㎘이며 이중 바이오디젤이 약 20%를 차지하고 나머지 80%가 바이오에탄올이다. 그러나 우리나라는 바이오디젤이 바이오에탄올보다 먼저 상용화되었다. 국내 바이오디젤의 현황은 2002년부터 2개사에서 출발하여 2013년 현재 정부에 등록된 바이오디젤 생산사는 16개 업체로 크게 성장했다. 2013년에 바이오디젤 생산업체 9개사가 정유사에 공급한 양은 약 39만 ㎘ 정도이다.

2002년 월드컵 개최당시 정부는 경유차량에 의해 유발되는 대기오염 개선을 위해 2002년 4월부터 6월까지 3개월간 서울, 인천, 수원지역에 공급되는 자동차용 경유에 황 함량을 낮추어 도입하게 되었다. 그 당시 기존 자동차용 경유는 황 함량이 430ppm 이하였으며 이 기간 동안 15ppm 미만까지 낮춘 초저황 경유(Ultra Low Sulfur Diesel)를 한시적으로 보급하였다. 이를 시작으로 청소차 위주로 바이오디젤을 보급하여 약 4년간의 시범보급사업을 통하여 전국의 모든 경유차량에 대하여 확대 보급하였다. 그리하여 2006년 3월 산업통상자원부와 정유사간의 자발적 협약에 의해 BD생산업체는 정유사에 연간공급 계획을 맺고 동년 7월부터 경유에 BD0.5를 혼합한 수송용 연료를 전국적으로 상용보급하게 되었다. 이 혼합비율은 해마다 0.5%씩 증가하여 2010년부터 바이오디젤 2.0%가 자동차용 경유에 혼합되어 보급되고 있으며 그 양은 약 40만 ㎘로 추산된다.

바이오디젤은 버려지는 폐식용유를 재사용하는 이점과 대기오염물질(CO, THC, PM 등) 저감, 온실가스 저감 효과가 있고, 석유계 연료에 비해 생분해성 및 윤활성이 우수하여 친환경적 연료로 평가받고 있다. 그러나 바이오디젤은 다양한 식물유로부터 만들어지므로 원재료의 특성에 의하여 저온특성과 장기 저장안정성이 열악할 수 있는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 지속적인 품질기준을 강화하여 바이오디젤의 선진국인 유럽기준(EN 14214)에 거의 만족하고 있어 품질향상이 이루어졌다.

바이오에탄올은 옥탄가가 약 107(RON)정도로 기존의 함한소기제 MTBE(Methyl Tertiary-butyl Ether)를 대체 할 수 있는 신재생연료이다. 미국은 1970년 초반 오일쇼크 이후 자국의 에너지정책과 농업의 활성화가 맞물려 E10을 보급하여 사용해오고 있다. 그러나 보급초기에 연료계 부품에 부식 등의 문제가 발생하였으나 재질을 변경과 보완을 통하여 문제점을 해결하였다. 바이오에탄올은 자동차용휘발유에 비하여 약 70%의 발열량을 가지고 있으므로 연비가 다소 떨어진다는 문제점은 여전히 남아 있다. 지금은 E10 이외에 E85 전용차나 FFV(Flexible Fuel Vehicle) 보급이 증가하는 추세에 있다.

브라질은 1931년 연료용 바이오에탄올 사용에 대한 정부정책을 수립하고 공공차량에 대해 5~10%의 바이오에탄올 혼합휘발유를 사용해왔다. 1973년 석유파동 및 국제원당가의 폭락으로 인하여 브라질 경제는 심각한 영향을 받았다. 이를 타계하기 위하여「국가 알코올(Pro-Alcohol) 프로그램」을 추진하여 바이오에탄올의 전면적인 보급을 추진하였다. 1977년부터 브라질에 생산되는 모든 자동차용휘발유는 약 20%의 바이오에탄올사용을 의무화하였다. 그러나 당시 차량의 바이오에탄올 약 20% 혼합사용으로 인하여 점화플러그 손상, 농후 공연비에 기인한 CO와 HC의 과다배출 등이 문제되었으나 모든 수입자동차는 에탄올 혼합 휘발유에 적합하도록 보완되어 현재 브라질 전체 휘발유차량의 91%가 FFV인 것으로 알려져 있다.

우리나라 또한 연료용 바이오에탄올을 휘발유차량에 보급하기 위한 여러 가지 연구개발과 실증평가가 이루어졌다. 지난 2006년 8월부터 2년간 산업통상자원부 국책연구사업으로 석유관리원이 주관기관으로 정유4사와 바이오에탄올 생산1사와 함께“바이오에탄올 혼합연료유 도입을 위한 실증평가 연구”를 수행하였다. 이 연구사업을 통하여 전국 4개의 시범주유소를 운영하여 생산/운송/보관/공급과정의 전 유통시스템을 검증한 결과 E3, E5(바이오에탄올이 3%, 5% 혼입된 연료)를 기존 유통인프라의 사용이 가능한 것으로 확인됐다.

그러나 사계절이 뚜렷한 우리나라의 경우, 특히 여름철에 철저한 수분관리가 이루어져야 한다. 또한 바이오에탄올 혼합비율에 따른 노후차량과 국내생산 대표차량에 대한 장기 내구평가를 먼저 수행하여 그 안전 성확보가 필요하며, 시.도 단위의 지자체를 중심으로 하여 E3(직배합)와 바이오ETBE 시범보급사업을 통한 단계적인 검증을 거쳐 전국적인 보급이 이루어져야 할 것으로 사료된다.

3. 해외 신재생연료 보급 정책 동향

세계 각국의 신재생연료 보급은 그 나라의 기후와 토양에서 생산되는 에너지작물에 기반을 두고 있다. 북미는 옥수수를 기반으로 한 전분질을 이용하며, 남미는 열대기후에 잘 자라는 사탕수수를 기반으로 발효를 통한 연료용 바이오에탄올을 생산하고 사용하고 있다. 유럽은 토양과 환경에 잘 자라는 유채를 이용하여 유채유 유래 바이오디젤을 생산하여 활용하고 있다. 이러한 신재생연료를 생산하고 유통하여 소비를 장려하는 정책은 나라마다 조금씩 상이하나 화석연료를 탈피하기 위한 에너지안보와 온실가스감축노력과 자국의 산업증진을 위해서 수행하는 점은 모두 동일하다.

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각 나라별 신재생연료 보급정책 동향을 살펴보면 미국은 연방정부 차원에서 20년까지 휘발유 소비를 20% 줄이고 바이오에탄올 사용을 확대하여 2020년까지 수송용 연료의 20%를 바이오연료로 보급하는 계획을 발표하였으며, 이를 위한 실천적 수단으로 미환경보호청(EPA)는 신재생연료 의무혼합제도(Renewable Fuel Standard)를 2007년부터 시행하여 자동차용휘발유, 경유 등의 수송용 연료생산사에 대하여 의무적으로 바이오에탄올, 바이오디젤의 사용량을 부과하고 있다. 또한 2010년부터는 지속가능성기준을 도입하여 옥수수를 이용한 바이오에탄올보다는 온실가스 감축효과가 보다 우수한 셀룰로오스계 바이오에탄올을 장려하는 RFS II를 수행중에 있다.

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남미대륙도 자국원료 바이오연료를 기반으로 보급이 활성화되고 있다. 특히 브라질은 수송부문에 바이오연료의 혼합을 전 세계적으로 가장 먼저 시행한 국가다. 브라질의 바이오연료 보급정책의 핵심은 1977년부터 시행 중인‘국가 알코올(Pro-Alcohol) 프로그램’으로 자국의 사탕수수 원료기반 에탄올을 수송용 휘발유에 20~25% 혼합을 의무하고 있다.

한편 바이오에탄올 중심의 바이오연료 보급정책을 펴고 있는 북∙남미 대륙과는 다르게 유럽연합(EU, 27개국)은 경유 대체연료인 바이오디젤을 주로 사용하고 있으며, 2009년에 설정된 신∙재생에너지 지령(2009/28/EC)에 의해 2020년까지 EU 에너지 중 수송부문에서 신재생에너지를 1990년 기준으로 10% 사용하는 것으로 목표를 삼고 있다. 따라서 EU회원국 들은 자국의 에너지상황과 형평에 따라 목표를 설정하고 있다. 영국은 미국의 RFS와 비슷한 수송용 신재생연료 혼합의무제도인(RTFO, Renewable Transport Fuel Obligation)를 도입하여 수송용 화석연료를 공급하는자에게 의무적으로 신재생연료(바이오디젤, 바이오에탄올, 바이오가스)를 혼합하도록 하여 온실가스 저감을 위한 저탄소에너지정책으로 시행하고 있다. 한편 독일은 바이오연료 할당법(Biofuel Quota Law)를 도입하여, 수송용 화석연료인 휘발유와 경유 등에 바이오연료의 최소 쿼터(Quota)를 부여하여 의무적으로 혼합하여 사용 중에 있다.

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일본의 경우 2010년 7월 에너지공급구조고도 화법에 따라 전기∙석유∙가스 사업자의 비화석에너지원 이용과 화석에너지원의 유효이용을 의무화하였다. 비화석에너지원 이용촉진에 있어서, 석유업계는 일본 내 석유제품 수요 감소 상황에서 2020년 전국 휘발유의 3% 상당 이상의 바이오 연료 도입을 목표로 삼았다. 도입 의무 바이오 연료에 대한 기준을 지속가능성 기준의 전주기분석(LCA) 적용에 의해 원료재배에서 연료제조, 수송까지의 CO2 배출량이 휘발유 대비 50% 이상인 연료로 규정하고 있다. 조건을 만족하게 하는 것은 브라질 기존농지를 이용하여 생산된 브라질산 사탕수수, 일본산 사탕무, 건설폐목재 등으로 생산한 바이오에탄올뿐이며, 석유정제업자에 비화석에너지원의 이용을 의무화 관련 바이오 연료 단기 도입목표를 수립하고 추진하고 있다. 2017년도의 이용목표량을 원유환산 총 50만 ㎘로 설정하여 2011년, 2012년도는 각각 21만 ㎘, 2013년도는 26만 ㎘, 이후는 매년 6만 ㎘씩 단계적으로 증가시키는 것이 목표이다.

4. 국내 신재생연료 보급 정책

국내에서도 신재생에너지연료 혼합의무제도(RFS, Renewable Fuel Standard) 도입을 위한 정책연구를 통하여 도입방안과 상세이행방안 등이 검토되었다. 바이오디젤은‘석유 및 석유대체연료사업법’상의 품질기준관련‘고시’에 의하여 경유 중 바이오디젤 2이상 5이하 혼합을 규정화 하였으나 상기의 연구결과 등을 토태로 신재생에너지연료 혼합의무화제도(RFS, Renewable Fuel Standard)가‘신에너지 및 재생에너지 개발.이용.보급 촉진법(신재생에너지법)’에 의하여 법제화되어 2015년 7월부터는 운영을 준비하고 있다.

신재생에너지법 제23조의2에 따라 석유정제업자 및 석유수출입업자는 일정량의 신재생에너지연료를 석유제품에 혼합하여 공급하는 것을 의무화하고 관리기관이(산업통상자원부 지정) 이를 지도.감독하고 종합 운영하여 정부에 보고하는 체계로 구성되어 있다. RFS의 본격적 시행을 대비하여 정책토론회(국회 박완주의원실 주최(2013. 9. 11), 이강후 의원실 주최(2013. 11. 14)) 등이 활발하게 개최되어 합리적 시행방안 등이 논의되고 있는 상황이다.

신재생연료의 보급활성화를 위해서는 무엇보다도 원료의 안정적 공급이 최우선으로 이루어져야 한다. 이를 위하여 국내의 폐자원인 폐식용유, 가축부산물로부터의 동물성유지 등의 활용과 같은 국산원료의 활용이 효율적으로 이루어져야한다. 또한 해양바이오매스(미세조류-바이오디젤, 거대조류-바이오에탄올 등) 다양한 원료를 통한 신재생연료를 생산할 수 있는 신공정기술 등이 축적되어 상용화되어야 한다. 그리고 해외농장개척을 통한 원료의 확보를 위한 제도적인 면도 중점적으로 검토되어야 한다. 또한 정책제도의 안착을 위해서는 국민적인 수용성을 이끌어 내기 위한 대국민 홍보를 통한 국민적 이해 또한 필요하다.

5. 결론

상기에서 살펴본 바와 같이 세계 각국은 경제성 관점이 아닌 장기적 관점에서 에너지안보(에너지원 다양화), 연관 산업의 활성화와 온실가스 감축의 목적으로 신재생연료(바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오가스등) 의무혼합을 확대 추진하고 있다.

무한한 화석연료 고갈에 대비하여 재생가능한 신재생연료의 개발과 보급에 노력한다면 우리 후손이 사용할 수 있는 에너지는 그 만큼 다양화되고, 사용기간은 길어질 것이며 연관 자동차산업 또한 활성화될 것으로 기대된다.
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