바이오연료
바이오연료(Biofuel)는 바이오매스로 부터 생산되는 기체, 액체, 고체 형태의 연료를 말한다. 생물연료라고도 한다. 이들 모두 재생 가능하며, 화석연료의 대체재로 적합하다. 현재 시장에서 쉽게 구할 수 있는 대부분의 바이오연료는 식물로 만들어졌으며, 운송용 연료로도 사용되고 있다.
일부 식물들은 바이오연료 생산을 위해 특별 재배되고 있다. 미국에서는 건초용 수수(switchgrass), 대두, 옥수수가 많이 이용되며, 브라질에서는 사탕수수, 유럽에서는 사탕무나 밀이 많이 이용되고 있다. 또한 중국에서는 카사바(cassava) 와 수수, 동남 아시아에서는 억새와 팜 오일, 인디아에서는 자트로파(jatropha) 가 많이 이용되고 있다.
바이오연료의 종류에는 바이오 디젤, 바이오 알콜(바이오 에탄올, 바이오 메탄올, 바이오 부탄올) , 바이오 가스, 합성 가스(syngas), 목재, 목탄, 톱밥과 같은 고체 상태의 바이오 연료등이 있다. 현재 바이오 연료의 사용과 더불어 개발에 힘쓰고 있는 나라는 브라질, 미국, 프랑스, 스웨덴, 독일 등이다.
목차
개요[편집]
바이오연료는 바이오매스로부터 얻는 연료로 살아있는 유기체뿐만 아니라 동물의 배설물 등 대사활동에 의한 부산물을 모두 포함한다. 바이오 연료는 화석연료와는 다른 재생 가능 에너지이다. 종종 바이오 연료는 바이오에탄올과 바이오디젤을 합해 지칭하는 말로도 사용된다.
바이오연료로 사용하기 위해 미국에서는 콩과 옥수수를 재배하거나 유럽에서는 아마씨나 평지씨 등이 재배되고 있고 가정이나 산업체의 유기물 쓰레기를 바이오 연료로 전환해 사용한다. 아직은 바이오매스를 태워서 열 에너지를 얻는 방법이 일반적이지만 자동차 연료와 전기 생산을 위한 연료로 전환하는 데 기술개발이 집중되고 있다.
바이오연료는 2005년 세계 에너지 소비량의 15%를 담당하지만 거의 대부분 산업화 이전 단계의 국가에서 난방과 취사용으로 사용되고 있다. 선진국들은 거의 대부분 화석연료를 주 에너지원으로 하고 있으며 기술개발을 통해 바이오연료의 사용을 확대해 나가고 있다. 북유럽의 스웨덴과 핀란드는 이러한 노력으로 전체 에너지의 17%-19%를 바이오 연료를 통해 얻고 있다. 바이오연료의 연소를 통해 대기 중으로 방출되는 이산화탄소는 대기 중의 이산화탄소 농도를 증가시키지 않는다. 바이오연료의 소비에서 방출되는 이산화탄소는 식물의 성장을 통해 이전 몇 해 동안 대기 중에서 얻은 것이므로 대기 중 이산화탄소 변화는 없다.
바이오연료의 종류[편집]
세대 분류[편집]
바이오연료는 1세대. 2세대, 3세대 3개 그룹으로 나눈다.
1세대 바이오연료는 설탕, 녹말, 식물성 기름, 동물성 지방을 전통적인 방식으로 생산하고 있다. 이들은 살아있는 동물의 식량이기도 하기 때문에 "식량 대 연료" 논쟁이 커다란 이슈가 되고 있다.
제1세대 바이 연료의 생산에 많은 제한이 따른다. 이유는 식량 공급 차원과 종 다양성의 문제 때문이다. 한편으로는 바이오연료에 대한 수요가 꾸준히 증가하는 관계로 제2세대 바이오연료가 개발되었다. 식량이 될 수 없는 작물이나 혹은 폐기물로 여겨지는 줄기, 겉껍질, 나무 조각, 과일 껍질로 만든 바이오연료가 2세대 바이오 연료다.
전문가들에 따르면, 이런 2세대 바이오연료는 1세대 바이오연료에 비해서 훨씬 많은 온실가스 배출을 줄여주고 있지만, 나무나 섬유질로 부터 유용한 부분을 추출 작업으로 인해 생산이 복잡하다.
3세대 바이오연료는 조류로 만든다. 조류가 가지고 있는 탄수화물의 발효 작업을 거쳐 생산한다.
2세대 바이오연료와 3세대 바이오연료는 첨단 바이오연료라 불린다. 현재 개발 중에 있는 첨단 바이오연료에는 hydrogenation-derived renewable diesel (HDRD)이 있다. 이것은 동물 지방이나 식물성 기름을 정제해서 만든다. 이것은 기존의 석유와 혼합하여 사용 가능하다.
상태 분류[편집]
고체[편집]
- 나무
- 짚 등 마른풀
- 동물 배설물
- 쌀, 콩, 땅콩, 면화 등 곡물 부산물 (겨, 껍질)
액체[편집]
- 바이오에탄올
바이오에탄올에 대해 자세히 보기
- 바이오오일은 디젤 엔진에 사용될 수 있다.
- Straight vegetable oil (SVO).
- Waste vegetable oil (WVO).
- 바이오디젤은 우지(소기름) 등 동물의 지방이나 식물성 기름을 에스터교환 반응시켜 만들고 디젤 엔진에 사용될 수 있다.
- 유기물 쓰레기로부터 얻는 액체 연료
- 유기물 쓰레기가 썩으면서(Thermal depolymerization) 메탄과 기름 성분을 유출하고 이를 포집하여 사용할 수 있다.
- 메탄과 기름을 쓰레기 매립지에서 관정을 설치하여 얻을 수 있다.
기체[편집]
바이오 연료의 에너지 비교[편집]
종류 중량대비 에너지 밀도(MJ/kg) 체적대비 에너지 밀도(MJ/l) 고체 연료 나무 16 ~ 21 동물 배설물 겨 바가스 9.6 액체 연료 메탄올 19.9 ~ 22.7 15.9 에탄올 23.4 ~ 26.8 23.4 부탄올 36.0 29.2 식물성 기름 바이오디젤 37.8 33.3 -- 35.7 기체 연료 메탄 55 ~ 55.7 압축률에 따라 다름 수소 120 ~ 142 압축률에 따라 다름 비교대상 화석연료 석탄 29.3 ~ 33.5 휘발유 45 ~ 48.3 32 ~ 34.8 경유 48.1 40.3 천연 가스 38 ~ 50 압축률에 따라 다름
바이오연료와 탄소 중립 이산화탄소[편집]
바이오연료는 연소 때 탄소 중립 이산화탄소(carbon neutral carbon dioxide)을 배출하기 때문에 화석연료의 좋은 대체재가 된다. 연소 시 탄소 중립 이산화탄소는 탄소 발자국이 0이다. 왜냐면 지구 상의 탄소 농도에 아무런 영향을 끼치지 않기 때문이다.
바이오매스가 연소시 이산화탄소를 배출하지만 이 이산화탄소는 바이오매스인 식물에 의해 흡수되었던 이산화탄소이다. 이 사이클을 통해, 식물은 대기 중에 있는 탄소를 흡수하며, 이 식물이 연소할 때 대기 중으로 이 탄소를 다시 배출하게 되며, 이런 균형 작용에 의해 바이오매스는 탄소 중립이 된다.
미국의 의회는 2012년까지 50억 갤론의 휘발유에 바이오 에탄올을 반드시 사용하게끔 하는 조항을 포함한 (RFS) 에너지 법안을 통과시켰다. 미 국세청 위원회는 이 조항으로 미국 납세자들은 향후 10년 간 약 50억불 정도 추가 지불해야 한다고 한다. 따라서 이러한 법 정신 (바이오 에탄올의 강제 사용 조항)이 훼손되지 않는지 여부, 특히 외국산 저렴한 가짜 에탄올 사용 여부를 확인할 적절한 감시 도구가 있어야 했다.
국내 바이오 연료 연구 동향 및 도입 현황[편집]
현재 국내에서는 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 상용화가 완료되었고, 온실가스 저감효과 증대를 위해 자동차용 경유를 바이오 디젤로 대체할 목적으로 2,3세대 바이오 연료 개발 및 연구가 진행 중이다.
한국원자력연구원 첨단방사선연구소는 친환경 바이오연료를 더 효율적으로 생산할 수 있는 미세조류 변이체를 개발했다. 현미경을 이용해야 볼 수 있는 수준의 작은 조류인 미세조류는 식물성 플랑크톤이라고도 불린다. 미세조류를 이용하면 다양한 물질을 만들 수 있고, 바이오에너지, 바이오플라스틱 등으로 석유계 원료 대체도 가능해 이산화탄소 저감 효과가 뛰어나 탄소중립에 기여할 것으로 기대된다.
바이오디젤의 경우 이미 실증 연구와 상용화 단계를 지나 보급량 및 실용성 측면에서도 점진적인 발전을 이루고 있으며, 수송용 연료 의무혼합제도(RFS_Renewable Fuel Standard / 신재생에너지 의무혼합제도)에 따라 의무적으로 자동차용 경유에 혼합하여 생산 중이다.
이외에도 바이오 항공유, 바이오 에탄올, 바이오 가스, 바이오 디메틸 에테르 등이 연구 및 실증 단계를 거치며 점차 그 영역을 넓혀가는 중이다.
수송용 연료/신재생에너지 의무혼합제도(RFS, Renewable Fuel Standard)[편집]
현재 바이오 디젤의 경우 수송용 연료 의무혼합제도(RFS)에 따라 2018년부터 2020년까지 3%의 비율로 자동차용 경유에 혼합되어 사용될 계획이다. 2015년 RFS제도 시행 당시에는 바이오 디젤의 혼합비율이 2.5%였지만, [신에너지 및 재생에너지 개발/이용/보급 촉진법]에 따라 3년 마다 주기적으로 혼합비율을 검토해야 한다.
2017년 한국석유관리원이 산업부 정책연구를 통해 혼합비율 향상으로 인한 석유제품의 품질 및 성능, 환경 등에 미치는 영향을 연구한 결과가 반영되어, 2018년부터 혼합비율이 3.0%로 향상되었다. 한국석유관리원은 2015년부터 신재생에너지 연료의 혼합의무화 제도(RFS) 관리기관으로 지정되어 우리나라 신재생에너지 보급에 중요한 역할을 담당하고 있는 만큼, 해당 분야에 대한 엄격한 관리가 이루어지고 있다.
바이오 디젤을 생산하기 위해 필요한 원료 중 국산원료의 비중은 17년 기준으로 35%이기 때문에, 이 비중을 늘려 수입 원료에 대한 의존도를 낮추기 위해 국내 폐식용유가 바이오 디젤 원료의 30% 정도를 차지하고 있다.[1] [2]
차세대 바이오연료 HVO[편집]
요즘 각광 받는 차세대 바이오 연료가 있다. 바로 'HVO'라고 하는데 풀어쓰면 '수소화 식물성 오일(Hydro-treated Vegetable Oil)'이다. HVO는 바이오 디젤의 제조 방식(에스테르화)과는 달리 수첨(Hydro-treated) 공법으로 만든다. 수첨이란 어떤 물질에 수소(H₂)를 첨가하는 화학적 반응이다. 주로 정유회사에서 많이 활용한다. 온도나 압력을 조절하고 촉매를 활용하는 등 방식으로 기존 물질의 분자결합에 수소를 추가함으로써 다른 성질을 갖는 물질을 만든다. 이를 거치면 식물성 기름으로 바이오 디젤뿐만 아니라 저온에서도 얼지 않는 특성이 뛰어나 항공유로도 쓸 수 있는 바이오 등유, 또 각종 합성수지(플라스틱)의 원재료인 바이오 납사(naphtha)까지 뽑아낼 수 있다고 한다. 콩기름이 마치 원유처럼 활용성이 매우 커지는 것이다. LG화학이 충남 대산단지에 2024년까지 HVO 공장 설립을 추진한다. 세계 최대 HVO 기업인 핀란드 에너지기업 네스테(NESTE)사와도 바이오 원료 전략적 파트너십을 맺는다.[3]
각주[편집]
- ↑ 오일지키미, 〈바이오 연료란 무엇일까요?〉, 《네이버 블로그》, 2019-06-17
- ↑ 신홍관 기자, 〈방사선기술로 개발된 미세조류, 바이오연료 생산 탄소중립 큰 효과〉, 《서울TV경제》, 2021-11-18
- ↑ 윤도진 기자, 〈바이오 연료도 진화한다 '차세대 주역 HVO'〉, 《비즈니스워치》, 2021-09-05
참고자료[편집]
- 〈바이오 연료〉, 《위키백과》
- 〈바이오 연료〉, Beta Analytic
- 신홍관 기자, 〈방사선기술로 개발된 미세조류, 바이오연료 생산 탄소중립 큰 효과〉, 《서울TV경제》, 2021-11-18
- 윤도진 기자, 〈바이오 연료도 진화한다 '차세대 주역 HVO'〉, 《비즈니스워치》, 2021-09-05
같이 보기[편집]
