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수송용 바이오디젤의 현황과 전망

페이지 정보

글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2014-07-31 11:42:48

본문

1. 서론

IEA 기준 시나리오(Business-as-usual Scenario)에 의하면 세계 수송용 에너지 사용과 온실가스 배출은 2030년까지 50% 이상 증가하고, 2050년까지는 적어도 2배가 될 것으로 예측하고 있다. 또한 IEA의 전망에 따르면 세계 석유수요에 있어서 계획된 전체 증가의 75%는 수송부문이 차지 할 것으로 전망하고 있는 현실이다. 따라서 전 세계적으로 수송부문은 현재 화석연료에 의해 96% 이상 의존하여 사용되고 있으며, 세계의 전체 온실가스 중 27%를 차지하고 있는 실정이다. 최악의 지구 기후변화를 대응하기 위해서는 2050년 지구의 온실가스를 2005년 대비 적어도 50%까지 감축해야하는 실정에 있다.

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한편 자동차 기술은 화석연료 기반에서 저탄소연료(Low Carbon Fuel) 정책에 따른 바이오연료 사용과 전기자동차로의 기술개발로 인해 날로 진보하고 있다 (그림 1). 이러
한 측면에서 세계 각국은 수송부문에서 바이오연료를 도입하고 있다.

2. 자동차기술과 연료

전 세계적으로 석유자원 고갈에 따른 탈석유 대응 에너지원 다양화와 기후변화 대응을 위한 온실가스 저감을 위한 저탄소 에너지 정책이 중시되고 있는 현실이다. 이러한 저탄소에너지 정책 중 수송부문에서 바이오연료가 사용되어지고 있으며, 지속 가능한 차세대 바이오연료의 개발이 한창 진행 중에 있다 (그림 2).

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이러한 석유대체 가능한 바이오연료에는 바이오디젤, 바이오에탄올 및 바이오가스 등이 현재 전세계적으로 상용화되어 사용되어지고 있다. 본 고에서는 이러한 바이오연료 중 바이오디젤의 국내∙외 현황과 전망을 살펴보고자 한다.

3. 바이오디젤의 생산기술

바이오디젤유의 원료로는 대두유(Soybean Oil), 팜유(Palm Oil), 유채유(Rapeseed Oil), 해바라기유(Sunflower Oil), 코코넛유(Coconut Oil) 등의 식물성 기름 및 돈지, 우지, 어유와 같은 동물성 유지 등 모든 종류의 유지가 사용될 수 있는데 주로 식물성기름을 대상으로 기후나 토양조건에 따라 미국에서는 대두유를, 유럽에서는 유채유를, 말레이지와 인도네시아 같은 동남아시아에서는 팜유를, 필리핀에서는 코코넛유를 바이오디젤의 원료로 사용하고 있다.

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식물성 기름을 디젤엔진의 연료로 사용하기 위해서는 높은 점도, 산도, 유리지방산 농도, 검 형성 등의 여러 가지 문제점이 있어 이를 해결하기 위하여 식물성 기름과 디젤연료를 희석하는 희석법, 식물성기름, 수분, 계면활성제(Surfactant)라 불리는 작은 친수성 분자들의 혼합물로서 투명하며 열역학적으로 안정된 특성을 가지는 마이크로에멀젼을 형성시키는 마이크로에멀젼법(Microemulsification), 공기 또는 질소 존재 하에서 열에너지를 가하여 트리글리세라이드(Try-glyceride)를 디젤엔진에 적용하도록 화학변화를 일으키는 열분해(Pyrolysis), 그리고 바이오디젤유의 생산방법인 전이에스테르화(Transesterification) 반응 등이 있는데, 이 중 전이에스테르화 방법이 가장 널리 사용되고 있다 (그림 3).

4. 국외 바이오디젤의 현황

바이오연료의 생산량은 최근에 세계 각국에서 보조금과 정책적 지원에 의해 지속적으
로 증가하고 있는 실정이다. 수송용 바이오연료는 주로 유럽, 미국, 브라질 등을 중심으로 생산 및 보급이 이루어지고 있으며, 아시아 각국들도 자국이 가진 식물 원료를 기반으로 한 바이오연료의 생산 및 보급을 늘리고 있는 추세에 있다.

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바이오연료는 전 세계 수송용 연료 소비의 약 3%를 차지하고 있다. 2008년 기준으로 주요 국가의 전체 수송용 연료에 대한 바이오연료의 보급 비율은 브라질이 약 21%를 차지하여 가장 높은 반면, 미국은 약 4%이며 EU는 3%보다 작은 비율을 나타내고 있다. 세계 바이오디젤 보급은 주로 유럽을 위주로 이루어지고 있으며, EU가 생산과 소비에서 높은 비율을 보여주고 있다<그림 4>. 2007년 이후 EU는 바이오이디젤의 생산 보다 소비가 증가하여 일정부문을 동남아와 남미로부터 수입하고 있는 실정에 있다.

2012년 전 세계적으로 바이오디젤은 주로 유럽을 위주로 B2~B15(B2 = 바이오디젤(B) 2% + 경유 98%)수준으로 혼합하여 보급 중에 있다. 북미의 미국은 각 주별로 차이는 있으나, B2에서 최대 B10까지 혼합중이며, 캐나다도 일부 주에서 최대 B5까지 의무혼합 중에 있다. 남미의 브라질 B5, 아르헨티나 B7와 콜롬비아 B10 등의 수준으로 의무혼합 보급 중에 있다. 또한 유럽은 독일 최소 B4.4, 프랑스 B7 등의 수준으로 의무혼합 중이며, 아시아는 태국 B3, 필리핀 B5, 인도네시아 B2.5, 대만 B2 및 중국 해남성 B5 등의 수준으로 의무혼합 보급 중에 있다. 2011년 10월 기준으로 국가차원의 바이오연료 혼합의무를 시행하는 나라는 35개국이며, 일부 도시나 주(State) 차원에서 시행하는 나라는 6개국이다. 또한 10년 이내에 바이오연료의 혼합의무를 계획 중인 나라도 26개국으로 파악되고 있다.

5. 바이오디젤의 기술개발

최근 세계 각국의 바이오연료의 기술개발은 바이오연료의 원료작물을 생산하기 위해 토지용도를 간접적으로 전환함에 따라 산림파괴 및 식량문제 유발 등의 문제점을 최소화시키는 방향에서 비식량계 원료 사용과 수송부문의 기후변화 대응 가능한 온실가스 감축효과가 큰 지속가능한 바이오연료 개발에 초점을 맞추고 있다. 수송용 바이오연료의 기술개발은 IEA 바이오연료의 기술 로드맵에서 기존 상업화되어 있는 Conventional 바이오연료와 Advanced 바이오연료로 분류하고 있다 (그림 5). 또한
Advanced 바이오연료는 Conventional 바이오연료에 비해서 비식량계 원료 기반으로
온실가스 저감효과와 품질이 우수한 것으로 파악되고 있으며, 현재 기술개발 단계에서
상용화 전단계의 실증연구 단계 그리고 상용화 초기 단계 등으로 구분할 수 있다.

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먼저 경유를 대체할 수 있는 바이오디젤 관련 기술개발 단계에서는 미세조류(Microalgae) 기반의 바이오디젤 있다. 현재 전 세계적으로 실증연구 단계에 있는 바이오매스 기반의 가스화와 F-T(Fischer-Tropsch) 기술의 BtL 디젤(Biomas-to-liquids)이 있다. 아울러 상용화 초기 단계의 바이오연료로는 수첨식물성유(Hydrotreated Vegetable Oil(HVO)) 또는 수첨바이오디젤(Hydrotreated Biodiesel(HBD)) 그리고 바이오메탄올(Biomethanol) 등이 있다.

6. 국내 바이오디젤의 현황

국내 바이오디젤 생산업체는 16개사이며 업체 평균 생산능력은 정유사의 1% 수준인 5만 ㎘이며, 전체 바이오디젤 생산업체 중 정유사 납품업체는 9개사로(2012년 기준) 2013년 바이오디젤 2.0% 혼합 시 약 39만㎘의 소비가 예상되나, 이는 납품업체 총 생산능력의 67% 수준이다. 바이오디젤 생산업체의 연간 총생산능력은 약 120만 ㎘/년으로 2012년 보급량(약 39만 ㎘)의 2.8배 수준이며, 국내 바이오디젤 보급량은 시범보급기간인 2002년 1,588㎘에서 2005년 15,022㎘로 증가하였으며 이 기간 동안은 BD20 형태로 보급되었으며, 2006년 7월 상용화 이후에는 보급량이 급격히 증가하여 2006년 약 50천 ㎘에서 2012년까지 약 390천 ㎘의 바이오디젤 보급이 이루어지고 있다 (그림 6).

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바이오디젤 생산업체는 상용화 이후에는 주로 BD5(경유) 혼합을 위해 바이오디젤 원액(BD100) 형태로 정유사에 납품하고, BD20 혼합을 위한 바이오디젤(BD100) 보급량은 상용화 이후 급속히 위축되어 명맥만 유지되는 상황이며, 제주도 BD20 전용주유소 허용, 국내 운행 철도 차량에 BD20 공급 허용 조치(2009. 4. 9) 등 다양한 BD20 보급 활성화 방안이 마련되었다.

바이오디젤 보급 활성화를 위해 원료수급 안정화가 필요하나 국내 바이오디젤 원료의 수입원료(팜유, 팜부산물, 폐식용유)은 68.4%로 국산원료(폐식용유) 31.4%보다 높은 수준이다 (그림 7).

바이오디젤의 유통체계를 보면, 식물성유와 동물성유를 이용하여 제조한 연료(BD 100) 및 이를 석유제품(경유)에 혼합한 연료(BD5, BD20)로 정의하고 경유(BD5)는 정유
사가 제조하여 기존 석유제품의 유통망을 통하여 보급하며, BD20은 BD생산자가 제조하
여 자가정비 시설(현재는 위탁시설도 포함)과 자가용 주유취급소를 갖춘 관리가 가능한 사업장(버스∙트럭∙건설기계)에 보급하는 것으로 생산∙유통체계가 확립되었다 (그림 8).

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국내 수송용 바이오연료의 보급은 경유대체연료로서 바이오디젤이 유일하게 현재 보급 중에 있다. 바이오디젤 시범보급사업(2002.5~2005.12) 결과를 바탕으로 2006년
7월부터 바이오디젤 전국 보급을 실시하였는데, 혼합비율은 시범보급 시 차량 필터 막힘점, 시동 꺼짐 등의 차량 문제를 감안하여 BD20은 버스, 트럭 및 건설기계 등에 제한보급하고, BD5는 경유에 바이오디젤 0.5%를 혼합하여 전국 보급하기로 결정하였다. 2007년 9월 정부 관계부처 합동으로「제1차 바이오디젤 중장기 보급계획」을 수립하여 2010년까지의 바이오디젤 혼합비율, 면세 등의 정책을 확정하여 BD5의 바이오디젤 혼합비율을 2007년 이후 매년 0.5%씩 상향조정하여 현재 2010년까지 2.0%를 경유에
혼합하여 보급하기로 하였고, BD20 사용조건 완화 등을 통하여 바이오디젤 생산 업체의 독자적 보급영역 확대를 도모하였다.

한편, 정부는 2010년 12월「제2차 바이오디젤 중장기 보급계획」을 통하여 바이오디젤의 원가와 원료수급여건 개선이 최우선 문제점으로 지적되어 동물성 유지를 허용하여 상용 보급을 가능하게 하였고, 폐식용유 등 국내 폐자원 재활용을 확대하기로 하였다. 또한 2011년 12월까지 그 동안의 바이오디젤 면세제도를 일몰하고,「 석유및석유대체연료사업법」상경유의품질기준고시에의하여바이오디젤2~5%까지경유에혼합하도록 하는 바이오디젤 혼합의무제도를 시행하여 2013년 현재 바이오디젤 2%를 경유에 혼합하여 보급 중에 있다 (그림 9).

최근에 정부는 2013년 이후, 제도 공백을 없애기 위해 현재의 고시에 의한 바이오연료 혼합의무 보급정책법제화를 추진하여, 최근 RFS(Renewable Fuel Standard)제도 국내 시행방안 연구에서 도출된 중장기 보급 정책을 공청회를 통해 의견을 수렴한 바 있다(산업통상자원부, 한국석유관리원, 2013).

RFS 제도 국내 시행방안 연구결과에 따르면, 현재 수송용 연료에 혼합의무 중인 바이오디젤을 RFS 제도에 우선적으로 적용하고, 향후 신규로 인프라 구축과 원료수급 상향을 고려하여 바이오에탄올과 바이오가스를 적용하는 것도 검토하였다. 한편, 국내 RFS 제도 도입 시, 국내 신재생연료의 전과정분석(LCA) 도출을 통해 향후 국내 지속가능성 기준도 필요성이 제기되었다.

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최근에 RFS 제도 법안은 신∙재생에너지 보급을 지속적으로 확산하고 관련 산업을 육성하기 위하여 석유정제업자 또는 석유수출입업자에 대하여 수송용연료에 일정비율 이상의 신∙재생에너지 연료를 혼합하도록 의무화하는 RFS 제도를 도입하고, 혼합의무 이행을 확보하기 위하여 의무미이행자에 대한 과징금 부과제도를 마련하는 것으로「신에너지 및 재생에너지 개발∙이용∙보급 촉진법 일부 개정 법률안(신재생에너지법)」으로 국회 본회의(2013. 6. 25)를 통과하여 본격적으로 2015년 7월 31일부터 전면 시행 예정에 있다. 따라서 정부는 현행 고시에 신재생에너지법에 의한 바이오디젤 혼합의무화가 본격화 되는 2015년 7월 31일부터는 보다 안정적인 보급정책을 추진될 것으로 사료된다.

7. 국내 바이오디젤의 전망

지금까지 살펴보았듯이, 전 세계적으로 석유자원 고갈에 따른 탈석유 대응 에너지원 다양화와 기후변화대응을 위한 온실가스 저감을 위한 저탄소 에너지 정책이 중시되고 있는 현실이다. 이러한 저탄소 에너지 정책 중에서 수송부문의 온실가스 감축의 수단으로 바이오연료의 사용을 정책적으로 확대하고 있는 실정이다.

온실가스 발생을 저감시키는 대책 중 특히 수송부문에서 하이브리드자동차, 전기자동차, 연료전지자동차등 화석연료를 덜 사용하거나 궁극적으로 사용하지 않는 시스템으로 전환이 계속 추진되겠지만, 그 중간 단계로서 바이오디젤을 비롯한 바이오연료의 사용은 더욱 확대될 것으로 전망되고 있다. 실제로 유럽의 신재생에너지지령(RED), 미국의 신재생연료 혼합의무 제도(RFS)에 의해 바이오연료의 의무사용 비율은 계속하여 상향 조정되고 있으며 아시아와 남미의 바이오원료의 생산 확대와 자국에의 연료 적용 등 전 세계적으로 바이오디젤의 사용은 증가하고 있는 상황이다.

우리나라에서도 RPS(Renewable Portfolio Standards)를 도입하여 2012년부터 총 전력공급량의 2%를 의무적으로 신∙재생에너지로부터 생산하도록 하고 2022년에는 10%까지 늘리도록 하고 있고, 현재 고시에 의한 바이오디젤 혼합의무제도가 법에 의해 2015년 7월 31일부터 시행되는 국내 RFS제도에 의해 바이오디젤의 보급은 확대될 것으로 전망되고 있다.

8. 결론

전 세계적인 보급정책과 국내 RFS 도입에도 불구하고 바이오디젤이 실제로 온실가스 저감에 효율적으로 기여하고 보급이 활성화되기 위해서는 원료수급 안정화 대책이 절실히 필요한 실정이다. 지금까지 대부분 식용작물을 원료로 사용함으로써 식량문제를 일으킨다는 점이 가장 큰 논쟁이 되고 있는데, 식량과 경합되지 않는 비식용성인 폐유지(폐식용유, 동물성 유지)와 하수슬러지 기반 유지, 자트로파, 미세조류 등을 원료
로 한 가격 경쟁력이 있는 생산기술 개발이 시급하다고 할 수 있다.

또한, 우리나라의 경우 바이오디젤유의 원료를 상당부문 수입에 의존하고 있는데 에너지 안보와 가격측면에서 국내 폐자원의 활용확대를 위한 수거체계 개선과 더불어 경쟁력 있는 새로운 원료개발 및 해외농장 개척 등을 적극 추진할 필요가 있다. 마지막으로 수송용 바이오디젤의 기술개발에 대해 중장기적 로드맵을 수립하여 상용화에 근접한 기술에 대해서는 집중적으로 투자하여 조기에 상용화가 될 수 있는 인프라 구축
에 대한 여건을 조성하는데 정책적인 지원이 필요할 것으로 사료된다.
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