[류경진의 미래자동차 이야기] `화석연료` 대체 기술 어디까지 왔나

유기생명체에서 얻는 에너지원…재생·재활용 가능해 친환경적이고 공급 안정 돼
인간·동물 식량 사용해 식량 부족 야기 지적도
국내 상용화·개발 연구…바이오 디젤 상용화 단계 넘어서

러시아·우크라이나 전쟁 이후 에너지가격이 급등하자 주요국들은 다양한 에너지위기 극복을 위한 특단대책을 마련하고 있다.

프랑스는 에펠탑 베르사유궁전 등 관광명소와 공공건물 야간 조명을 소등했으며, 루이비통 매장도 야간에 조명을 사용하지 않기로 했다.

독일은 베를린 중심지의 '대문' 격인 브란덴부르크문 조명이 꺼졌다. 주변 기둥부터 꺼지기 시작해 브란덴부르크문의 상징인 꼭대기 말 조각상까지 완전히 어두워졌다. 베를린돔, 텔레비전타워, 여러 박물관 등 주요 관광지 및 명소도 조명이 꺼져 늦은 밤을 더 적막하게 했다.

러시아·우크라이나 전쟁 장기화로 국제 석유 가격이 고공행진을 하는 가운데 바이오 에탄올이 차량 연료 첨가제로서 휘발유 가격을 낮추는 효과가 있다는 주장과 식량 자원을 줄여 식량난을 초래한다는 주장이 맞선다.지금 세계는 바이오연료와의 전쟁에 새로운 국면을 맡고 있다.

◆세계는 바이오연료와의 전쟁

우리나라는 기존 석유계 연료를 대체하기 위한 다양한 바이오연료 상용화 및 개발 연구가 진행 중이다.

발전용 증유를 대체하기 위한 발전용 바이오 증유는 한국석유관리원의 실증 연구를 통해 이미 상용화 완료했다. 온실가스 저감효과 증대를 위해 자동차용 경유를 바이오 디젤로 대체할 목적으로 2,3세대 바이오 연료 개발 및 연구 진행 중이며, 바이오 디젤의 경우 이미 실증 연구와 상용화 단계를 지나 보급량 및 실용성 측면에서도 점진적인 발전을 이루고 있다. 이외에도 바이오 항공유, 바이오 에탄올, 바이오 가스, 바이오 디메틸 에테르 등이 연구 및 실증 단계를 거치며 점차 그 영역을 넓혀가는 중이다.

육지가 좁고 3면이 바다인 한국의 경우 해양 미세조류가 효율적인 바이오매스라고 보고, 2009년부터 10년간 490억원의 예산을 투입해 바이오디젤 생산기술 개발 하였다.

해양 바이오디젤 연료를 사용한 자동차 — 옥수수와 연료,중국 신랑망 캡쳐

다양한 배양방식의 개발을 통해 미세조류의 생산효율을 높이고 배양장 규모를 확대함으로써 바이오디젤 생산의 경제성을 높였다. 이러한 노력과 성과를 바탕으로 2015년 해양 바이오디젤 혼합유로 서울에서 부산까지 약 400km의 차량 주행시험을 통해 해양 바이오디젤 연료의 안전성과 성능을 검증 하였다.

보잉과 에어버스를 필두로 세계 주요 항공우주산업체들은 바이오 항공연료 개발을 위한 협력관계를 유지하고 있으며 2011년 11월 미국에서 최초로 바이오연료를 이용한 민항기 운항에 성공하였다. 휴스턴 부시국제공항에서 해조류에서 추출한 바이오연료를 사용한 콘티넨털 항공 소속 보잉 737-800기가 시카고 오헤어국제공항 착륙에 성공했다.

독일은 유휴 경작지(전 국토의 10% 해당)에 유채를 재배해 바이오디젤 원료로 활용, 수송용 바이오연료로 보급했다. 2000년에는 수송 목적을 위한 총 에너지 소비의 1% 미만을 차지했지만 2020년에는 7.5%까지 성장했다.

독일에는 이미 바이오가스가 '오늘의 에너지원'이 된 마을이 더러 있다. 독일 중동부 튀링겐주에 있는 작은 마을 슐뢰벤이 대표적이다. 슐뢰벤 에너지 자립의 비결은 바이오가스다. 이곳에는 주민 주거지역에서 약 1.6㎞ 떨어진 곳에 바이오가스 생산시설과 축사가 붙어 있다.

컵케이크 모양의 건물 네 개가 이어져 있는데, 분뇨를 저장하고 발효하고 발전소로 가스를 보내는 전 과정이 이 안에서 이뤄진다.

일본은 개도국 등지에 플랜테이션 농장을 운영하며 해외로부터 바이오 원료를 확보하는 전략을 활용하고 있다.

브라질은 정부 주도로 사탕수수 등의 에너지 작물 재배를 통해 에너지원으로 격상함으로써 에너지자립도를 높이고 관련 바이오연료유의 원료를 해외에 수출해 경제적 가치를 높이고 있다. 특히 브라질은 제1차 오일쇼크 이후 에탄올 육성정책인 '프로알콜 프로그램'을 추진한 결과 세계 2위 바이오에탄올 생산국으로 성장했다.

류경진 영남이공대학교 스마트 e-자동차과 교수 — 해양 바이오디젤 연료를 사용한 자동차

◆바이오 연료와 장·단점

바이오 연료는 자연에서 얻어지는 식물·동물·미생물 등의 유기생명체에서 직·간접적으로 생산된 에너지원을 의미한다.

바이오연료는 재생, 재활용이 가능하고 친환경적이며 어느 곳에서나 쉽게 얻을 수 있으며 화석에너지는 갖고 있지 못한 안정적인 공급, 이산화탄소 배출량 절감, 경제성 등 있다. 언젠가는 고갈될 수밖에 없는 화석연료에 비해 바이오 연료는 이론상 무한대의 공급이 가능하며 식량자원과의 연계성이 낮고 황무지 등 활용 가능하며, 초기의 공급 확대 단계만 잘 극복하면 환경보호는 물론 지하자원이 부족한 제3세계 국가에 새로운 대체자원으로 활용 가능성 존재 할 수 있다.

이러한 주장과 달리 생물의 다양성을 파괴할 가능성 존재한다. 에너지의 효율을 위해서는 여러종류의 생물을 개발하는 것보다는 한 두 종류의 생물을 활용하여 효율성을 높일 수 밖에 없기 때문이다. 또한 원료인 식물을 재배, 수확 후 처리하여 바이오 매스 에너지로 변환하기까지 에너지 소모가 심하다.

인간과 동물의 식량을 바이오연료로 사용하게 되면 식량 부족을 야기할 수도 있다는 문제제기도 있다.

◆바이오 에탄올과 바이오 디젤

바이오 에탄올은 에너지 자원으로 쓰기 위해 곡물을 발효시켜 얻는 에탄올을 뜻한다. 녹말을 가진 작물을 통한 발효로 얻는 것이기 때문에 에탄올의 순도가 높고, 연소 시 석유와 달리 이산화황이나 금속산화물등의 다른 부산물이 나오지 않는다. 시추과정에서 사고와 환경오염 문제 등이 생길 수 있는 석유에 비해 깨끗하고, 휘발유와 섞어서 사용이 가능한 장점이 있다.

바이오디젤은 석유 기반인 경유의 대안으로 식물성 기름이나 동물성 지방과 같이 재생 가능한 자원을 바탕으로 제조된다. 바이오디젤은 비방향족 식물성 기름과는 달리 경유와 매우 비슷한 연소 특성을 가지기 때문에, 현재 사용되는 대부분의 경유를 대체할 수 있다.

하지만 현재는 순수 초저유황 연료의 낮은 윤활성을 향상시키기 위해 기존의 경유와 섞어쓰는 경우가 대부분이다.

미생물 등을 사용해서 생산된 수소·메테인 등과 같은 가스 상태의 연료인 바이오 가스도 새롭게 주목받고 있다.

◆바이오연료의 미래

현재 개발되고 있는 바이오 연료는 기존 내연기관 및 화석연료를 사용하는 엔진과 호환이가능하도록 개발되고 있다. 상업성을 갖추고 있다는 뜻이다. 기술적 가능성이 아닌 가용성이 검증된 만큼 이제 관건은 얼마나 많은 양의 바이오 연료를 생산해 가격 경쟁력을 갖추게 하느냐는 것이다.

결국 바이오 연료는 이산화탄소와 같은 오염물질 배출 규제 압력을 받고 있는 항공산업 특히 항공운송 및 항공서비스 산업의 훌륭한 대안으로 주목받을 전망이다. 바이오 연료는 2025년까지 전체 항공연료의 25% 이상을 대체할 전망이며 2030년에는 전 세계 항공기 중 30% 이상, 특히 신형 여객기 대부분은 바이오 연료를 사용할 것으로 전망된다.

우리나라는 기후적 여건 및 농지의 협소함으로 인해 바이오연료 확대에 있어 많은 제약을 가지고 있는 것이 사실이나, 장기적으로 고유가 및 기후변화협약 대응을 위한 에너지원 다변화의 일환으로 바이오연료의 생산․보급을 확대할 필요하다.

바이오연료 생산 비용 절감 및 연료의 효율성 향상 등을 위한 연구개발에 정부의 정책적 지원을 지속적으로 확대 해야 하며, 바이오연료는 수송부문에서의 활용이 가능한 대표적인 재생에너지원으로 수송부문을 중심으로 수요가 확대되고 있다.