바이오연료

1.     정의

 

바이오연료는 생물자원 등을 이용해 생산하며, 석유제품 대신 사용가능한 연료를 말한다. 다양한 정의가 존재하나, 국제에너지기구는 “화석연료로 만들지 않고, 생산과정에 탄소배출이 적은 연료”로 정의하고, IPCC(기후변화에관한정부간협의체)는 “바이오매스(생물유기체)로부터 생산한 연료”라고 정의한다.

 

2.     특성과 종류

 

바이오연료는 1) 화석연료로 만들지 않고, 2) 석유제품과 화학적으로 유사하면서, 3) 기존 석유제품을 사용하던 내연기관이나 인프라의 구조적 변경 없이 사용할 수 있는 친환경연료를 말한다. 

 

바이오연료는 해운과 항공에 필수적인 대체연료로 여겨지고 있다. 선박과 항공기는 동체가 크고 운송거리도 길기 때문에 높은 밀도의 에너지원을 동력원으로 사용해야하므로 전기나 수소등이 직접 완전히 대체하기 어렵기 때문이다. 

 

바이오연료의 종류로는 휘발유를 대체하는 바이오에탄올, 경유를 대체하는 바이오디젤, 천연가스를 대체하는 바이오가스, 항공유를 대체하는 바이오항공유, 중유를 대체하는 바이오중유, 바이오선박유, 열분해유와 바이오합성유, 합성연료 등이 있다. 이 중에서 바이오디젤과 바이오가스, 발전용 바이오 중유는 국내에서 상용화되어있다. 

 

바이오연료는 원료에 따라 1~3세대로도 구분할 수 있다. 1세대는 옥수수, 팜유 등 식량작물을 원료로 하고 2세대는 목질계, 폐식용유 등 비식량원료를 사용한다. 3세대는 미세조류나 포집탄소, 수소등을 활용하는데 3세대로 갈수록 탄소저감 효과가 크지만 원료확보가 어렵고, 기술 발전이 아직 더딘 수준이다. 1세대 바이오연료는 원료 부존량이 국가별로 상이하며 식량경합성 등의 문제로 지속가능성에 대한 우려가 있고, 2세대 바이오연료는 탄소저감효과가 비교적 높지만 원료확보가 제한적이다. 

 

3.     개발현황

 

해외의 경우, 선진국과 일부 개도국에서 원유의존도를 완화하고 환경을 보호하며 농업 등의 연관산업을 지원하기 위해 바이오연료를 도입 및 보급하였다. 특히 옥수수나 사탕수수를 대량 재배하는 미국과 브라질이 세계 바이오에탄올 생산량의 80% 이상을 차지하고 있다. 

 

우리나라의 경우, 고유가시대 수송용 화석연료의 대체 수단으로서 2006년 도입을 시작하였으며 2011년 바이오디젤 의무혼합제도를 시행하기도 했다. 현재 경유 속 바이오디젤 혼합비는 약 3.5%이며 최근 정부는 2030년 바이오디젤 혼합비율을 8%까지 높이겠다고 발표했다. 이는 기존의 옥수수, 대두유, 폐식용유를 활용한 1,2세대 바이오디젤은 경유에 5%이상 혼합할 경우 겨울철 시동을 어렵게 하는 등의 한계를 극복하겠다는 것이다. 석유관리원에서는 차세대 바이오디젤 TF를 구성해 바이오디젤 혼합비를 5% 이상으로 올릴 수 있는 3세대 바이오디젤을 개발하기 위해 노력중이다. 

 

4. 미래 전망

 

탄소 중립 달성과 점차 강화되는 환경규제에 대응하기 위해 바이오연료의 상용화와 보급 확대가 필수적이다. 선박과 트럭, 항공기 등 전기나 수소로 완전히 대체가 어려운 부문에 대응할 수 있는 저탄소 연료이기 때문이다.

 

이러한 필요성에 따라 전세계 바이오연료 시장은 2050년까지 2배 이상 증가할 것으로 전망하고, 특히 항공과 해운분야에서는 친환경 연료 수요가 3배 이상 대폭 증가할 것으로 예상된다. HIS MARKIT에 따르면 2020년 전세계 바이오연료 수요가 2.15MB/d에서 2050년 4.59MB/d로 증가할 것이다. 특히 IEA가 제시하는 바이오연료 의존도는 항공분야 2020년 0%에서 2050년 77%로, 해운분야는 2020년 0%에서 2050년 21%로 상당한 수준으로 나타난다. 

 

특히 우리나라는 석유의존도가 높은 경제구조이므로 바이오연료 확대를 통해 석유의존도를 완화하고 에너지안보를 제고할 수 있다. 전량 해외의존하는 원유와 달리 바이오연료는 평균적으로 약 30% 이상의 국산화율을 달성했기 때문이다. 

 

다만, 바이오디젤이 경유를 완전히 대체하기는 어려울 것이라는 예측도 존재한다. 바이오디젤은 인과 질소등의 비료나 바이오매스 소모량이 너무 크기 때문이다. 특히 인은 생명활동에 필수적인 핵산과 ATP의 재료인데 자연적인 순환 매커니즘이 없어 고갈 위험이 있기 때문이다. 인 고갈시 현대 농경기술을 활용한 식량 대량생산은 불가능해진다는 문제가 있다. 현재는 석유보다 빠르게 소진되고있으며 완전히 고갈될 확률 또한 높아 석유 고갈을 막기 위해 인을 고갈시킨다는 비판을 받고있다. 뿐만 아니라 연소 부산물인 이산화탄소 문제가 현재 수준에서는 완전히 해결되지 않아 100% 친환경 연료라고 보기 어렵다는 단점이 있다.

 

5. 결론

 

바이오연료는 전세계적으로 확산되는 친환경 규제에 대응하기 위해 꼭 필요한 대체연료이다. 이의 원활한 보급과 확산을 위해 관련 법과 제도의 정비가 필요하다. 또한 현재 기술수준이 열악해 기술격차를 따라잡기 위한 투자도 필요하다. 

 

참고: 산업통상자원부, 탄소중립시대 에너지 신산업 육성을 위한 친환경 바이오연료 확대 방안(2022)