재생 디젤의 전망
한국과학기술정보연구원 전 문 연 구 위 원 윤 종 량 (jryu n @ re se at.re .kr)
1. 배 경
○ 요즈음 많은 기업들이 새롭게 각광받고 있는 분야인 재생디젤 연료유 생산 계획을 발표하고 있다. 재생디젤의 생산기술은 크게 다음의 세 가 지로 나눌 수 있다:
① 수소처리(hydro-treating)기술 ② 가스화/Fischer-Tropsch공정 ③ 바이오기술
○ 미국의 에너지정책법령(EPAct05)에서의 재생디젤의 정의는 바이오매스 나 폐기물에서 생산된 디젤연료유로서, EPA의 연료 및 연료첨가제법에 의거 등록되고, 단독 또는 다른 디젤유와 혼합하였을 때 디젤 규격 ASTM D975에 적합한 연료유라고 되어있으며, 기술적으로는 탄소원자 가 10~22인 알칸(alkane)계 탄화수소를 말한다.
○ 바이오디젤에는 일반적으로 알려져 있는 FAME(fatty acid methyl ester)와 NERD(non-ester renewable diesel)로 나눌 수 있다. FAME기 술은 이미 확립되어 있다고 할 수 있으며, 현재는 연속공정개발에 역 점을 두고 있다. NBB(National Biodiesel Board)에 따르면 165개의 FAME생산자들이 있으며 전체 생산능력은 121,000bpd라고 한다.
– NERD기술은 세계적으로 계속 발전되고 있으며, 관련 열분해기술 (thermal depolymerization)은 탄소배출을 줄일 수 있는 가장 효과적 인 수단이다.
○ 차세대 바이오디젤은 근원적으로 낮은 온도에서도 안정성이 높아야 하 며, 전통적인 바이오디젤과 같이 저장 또는 수송 중에 열화 되지 않아 야 할 것이다. 현재 바이오기술회사들이 식물성오일에서 제조하는 바이오
디젤보다 저비용으로 대량 생산할 수 있는 디젤 대체품을 개발 중에 있다.
○ 미래의 재생디젤은 폐기물이나 셀룰로오스(cellulouse)의 가스화에 이은 액체연료화로 제조될 것이다. 재생디젤공정의 궁극적인 목표는 석유디 젤과 품질 면에서 대등하고, 현재의 혼합, 분배, 소비의 기반시설을 그 대로 사용할 수 있는 알칸계 탄화수소를 생산하는 것이다.
2. 재생디젤유의 필요성
○ 세계적인 현안문제로 떠오른 온실가스 배출감소를 해결하기 위해서는 휘발유자동차를 디젤자동차로 바꿀 필요가 있다. 저탄소 연료정책의 지 표가 되는 디젤과 휘발유의 AFCI(Average Fuel Carbon Index)를 비교 해 보면 각각 0.77과 1.00이다.
– 각종 연료유들의 AFCI는 다음과 같다:
․ E85 - MW corn 에탄올; 0.85 ․ FAME - 콩기름; 0.34 ․ 재생디젤 - 유채유; 0.24~0.36 ․ 재생디젤 - 팜유; 0.30~0.46 ․ 재생디젤 - 셀룰로오스; 0.08
○ 새로 개발되고 있는 디젤차의 배기가스 배출은 휘발유자동차와 비슷하 고 온실가스 배출감소 측면에서는 유리하므로 하이브리드 차량에 주고 있는 보상 정도는 부여하여야 할 것이다. 현대자동차를 포함한 20개의 자동차 제조회사들은 2010년까지 경(light-duty)디젤엔진의 개발을 완료 할 계획이라고 한다.
○ 저탄소 연료정책을 추진하는 데에는 바이오 및 재생디젤이 획기적으로 기여할 수 있다. 재생디젤의 AFCI는 원료와 경작방식에 따라 다르겠지 만 0.24에서 0.46 정도 이며, 전형적인 미국 캘리포니아 휘발유와 비교 하면 54% 이상의 탄소 배출감소 효과가 있다.
○ 바이오매스로부터 제조한 재생디젤은 옥수수, 콩과 같은 곡물로 만든 에탄올 보다 탄소 배출감소 효과가 높으며, 셀룰로오스로부터 만든 재
생디젤의 AFCI는 0.08까지 달성 가능하다.
○ 재생디젤 제조자들은 ASTM D975규격에 맞는 제품을 생산하려는 경향 이 많고, 셀룰로오스 재생디젤은 단독 사용이 가능하므로 저탄소 연료 유 경쟁에서 가장 유리한 고지를 점하고 있다고 할 수 있다. 그러나 셀 룰로오스 디젤이나 에탄올의 상업화까지는 향후 수년은 걸리기 때문에 지금 당장 탄소 배출을 줄이기 위해서는 바이오디젤 또는 일반 재생디 젤에 의존할 수밖에 없다.
3. 바이오디젤과 재생디젤의 차이점
○ 기술:
– 현재의 바이오디젤과 재생디젤을 제조하는 기술인 에스테르화 (esterification)와 수소처리(hydrotreating)는 보통 동일한 식물성 또 는 동물성오일을 원료로 사용하며, 생산비와 온실가스 감소효과도 비슷하다.
– FT공정(Fischer-Tropsch)은 원료의 다양성과 온실가스 배출을 대폭 줄일 수 있는 이점 때문에 기술개발, 상업화 연구의 촉진이 요구되 고 있다.
○ 배출가스:
– FAME이나 재생디젤 공히 질소산화물(NOx)을 제외하고는 자동차 배 기가스를 줄이는 효과가 있다.
– 재생디젤은 초저유황디젤유보다 NOx를 18% 감소시키나, FAME은 오히려 저유황유의 경우보다 NOx를 28% 증가시킨다.
○ 품질:
– 재생디젤 제조자들은 파라핀계 탄화수소의 개발에 초점을 맞추고 있 다. 왜냐하면 알칸 재생디젤은 안정하고 기존 디젤규격인 ASTM
D975에 맞기 때문이다.
– FAME은 별도의 규격인 ASTM D6751의 적용을 받으며, 수송, 에너 지 밀도, 안정성, 등에서 상대적으로 불리한 점이 많다.
○ 투자비:
– 재생디젤 제조시설의 투자비는 $2/gal 정도로 추정되며, FAME시설 은 대략 반 정도일 것이다.
– 생산시설의 대형화 욕구가 높으며, 규모가 커질수록 투지비의 격차는 대폭 줄어든다.
출처 : C. Hodge, “What is the outlook for renewable diesel?”, Hydrocarbon Processing, 2008, pp.85~92
◁전문가 제언▷
○ 일반적으로 재생연료유라고 하면 바이오디젤과 에탄올을 떠올리며, 재 생디젤유를 바이오디젤과 동일시하는 경향이 많았다. 본고에서는 재생 디젤, 바이오디젤의 개념을 명확히 구분하고, 각각의 차이점에 대하여 다각적으로 분석하고 있다.
○ 복합적으로 또는 혼용하여 사용하고 있는 “바이오디젤(Bio-diesel)”과
“재생디젤(Renewable diesel)”의 개념을 분명히 할 필요가 있다. 재생 디젤은 바이오매스의 열분해, 가스화, 가스-액체화공정으로 제조한 탄 소원자가 10~22인 파라핀계 탄화수소를 말하며, 디젤규격 ASTM D975 에 적합한 연료유이다.
○ 바이오디젤은 주로 식물성오일의 에스테르화로 제조하는 FAME 디젤 과 NERD(non-ester renewable diesel)로 나눌 수 있다. FAME기술은 연속공정개발 이외에는 이미 확립되어 있다고 말할 수 있으며, NERD 및 열분해기술이 새로운 기술로 관심을 끌고 있다.
○ 현재의 세계적인 관심사인 온실가스(GHG)의 배출감소와 석유 의존도 를 줄이기 위해서는 바이오 및 재생디젤의 사용 확대가 필수적이다. 바 이오디젤은 품질관리, 수송, 안정성, 공급시스템 등에서 문제점이 많지 만, 식물성오일이나 동물성지방의 직접연소 보다는 장점이 많다. 바이 오매스로부터 제조되는 재생디젤은 안정성이 높은 고급 디젤유로서 기 존 기반시설을 그대로 사용할 수 있으므로, 시급한 기술개발의 완료와 상업화가 요구된다.
○ 화석연료의 유한성을 고려할 때, 향후 고유가 추세는 피할 수 없을 것 이다. 우리나라는 에너지자원의 거의 전부를 수입하고 있으며, 세계 상 위의 온실가스 배출국이다. 그럼에도 불구하고 우리나라는 현재 OECD 국가 중에서 신·재생에너지의 비중이 가장 낮으므로 앞으로 재생연료 유 사용 확대정책 도입을 적극적으로 검토하여야 할 것이다.
