승용차 1대가 1년 동안 배출하는 이산화탄소량은 4.6톤, 이를 정화하기 위해서는 소나무 2,300여 그루를 심어야 한다. 현재 전 세계 인구의 화석연료 사용이 연간 약 80억 톤의 탄소를 배출하고 있고, 이산화탄소 배출량도 꾸준히 상승하고 있다.
이러한 가운데 부족한 석유자원을 대체하고, 오염물질 배출량을 감소시키는 ‘바이오디젤’이 새로운 대체에너지로 주목받고 있다.
따라서 친환경 대체연료로 주목받고 있는 바이오디젤에 대해 연속 기획하여 집중적으로 탐구해보고자 한다. 이번 호에서는 바이오디젤에 대한 소개와 생산과정, 장점, 국내·외 현황에 대해 알아본다.
환경 친화적 수송용 대체연료, 바이오디젤
바이오 연료는 환경 친화적 청정연료로 기후변화협약과 고유가의 영향 덕분에 세계적으로 주목 받고 있는 수송용 대체연료이다.
이 중 바이오디젤과 바이오에탄올이 가장 대표적인 바이오 연료로 꼽힌다. 바이오디젤의 경우 콩·유채 등에서 짜낸 식물성 유지와 동물성 기름, 폐식용유 등을 원재료로 사용해 알코올 및 촉매와 반응시켜 만든 연료로 자동차 엔진 변경 없이 경유와 혼합해 사용할 수 있다.
동·식물성 기름이 경유를 대체할 수 있는 이유는 경유와 분자구조가 비슷하기 때문이다. 다른 점은 바이오디젤 분자가 산소 원자를 일부 포함하고 있다는 것이다.
동·식물성 기름을 메탄올과 반응시키면 지방산 메틸에스테르와 글리세린이 생성되는데, 글리세린을 제거하면 바이오디젤을 얻을 수 있다. 동·식물성 기름 1kg에 알코올 0.1kg을 섞어 이를 촉매 반응하면 바이오디젤 1kg과 0.1kg의 글리세린이 나오는데, 처음 사용된 동·식물성 기름의 양과 바이오디젤의 양은 거의 같다고 할 수 있다.
유동점은 액체로 흐르는 가장 낮은 온도, 즉 액체였던 지방이 굳는 시점을 말한다. 하절기에는 팜유를, 동절기에는 대두유, 폐식용유를 원료로 사용하여 바이오디젤을 생산하고 있는데, 그 이유는 팜유 같은 경우 유동점이 높아 겨울철에 사용하면 차량 시동이 꺼지는 등 자동차에 문제가 생길 수 있기 때문이다.
유동점은 팜유가 가장 높고, 유채유가 가장 낮게 나온다. 유동점과 배출가스의 양이 바이오디젤의 품질을 결정하는 요소가 되는데, 한국석유품질관리원에서 이러한 품질관리를 하고 있다.
혼합 비율에 따라 보급되는 유통경로 달라져
바이오디젤 BD100은 동·식물성 유지를 알코올 및 촉매와 반응시켜 만든 지방산 메틸에스테르 FAME으로써 순도가 96.5% 이상인 것을 말한다.
BD20, BD5는 동·식물성 유지를 이용해 제조한 바이오디젤에 석유 제품을 혼합한 바이오디젤 혼합 연료유다.
BD20은 경유 80%에 바이오디젤 원액 20%를 혼합한 것, BD5는 경유 95%에 바이오디젤BD 원액 5%를 혼합한 것을 나타낸다. 바이오디젤은 혼합 비율에 따라 보급되는 유통경로가 달라지는데, 바이오디젤 BD100은 석유대체연료의 품질기준상 자동차용 경유 또는 바이오디젤 혼합 연료유 BD20의 원료로 사용된다.
현행법상 바이오디젤 혼합 연료유 BD20은 바이오디젤 제조업자가 제조하여 석유대체연료 판매업자를 통해 유통되지만, 바이오디젤이 혼합된 경유 BD5는 정유사가 제조하여 대리점, 주유소 등으로 유통하게 된다.
바이오디젤을 만드는 과정은 크게 회분식 공정(bath process)과 연속식 공정(continuous process)으로 나눌 수 있다.
회분식 공정은 장치에 원료를 넣은 후 그 처리가 끝날 때까지 새로운 원료를 공급하지 않는 방식으로 식물성 오일, 메탄올 및 염기촉매를 동시에 첨가하여 반응한 후 글리세린 층의 분리공정을 거친 다음, 알코올을 제거한 뒤 물로 세정·탈수하여 바이오디젤을 제조하는 방식이다.
이러한 방식으로 제조할 때는 시설투자비가 상대적으로 저렴하고, 원료 물질의 성질과 상태에 따라 바이오디젤 생산이 이루어져 품질관리가 용이하다는 장점이 있는 반면 공정의 효율성, 생산성, 반응성이 연속식 공정에 비해 상대적으로 낮으며, 소규모 바이오디젤 생산공정에 많이 적용되고 있다.
연속식 공정은 원료를 연속적으로 장치에 공급하는 방식으로 회분식 공정의 저생산성, 저효율성 보완을 위해 개발됐으며, 반응성을 증가시킨 반면 설비규모 확대 및 다단계로 공정이 복잡하다는 단점을 갖고 있다. 이는 대규모 바이오디젤 생산에 적합한 방식이다.
추가 인프라 투자 없이 대체 가능한 유일한 연료
미세먼지의 60%는 경유 차량이 내뿜는 매연으로 발생한다. 경유와 BD20을 각각 주입한 차량들을 주행 시험한 결과, 바이오디젤을 사용했을 경우 공해 물질을 20~30%로 줄여주는 효과가 있는데다 토양에 유출되어도 80~90%가 생분해 되는 것으로 밝혀졌다.
우리나라 전체 경유 사용량에 약 1%를 바이오디젤로 대체한다고 가정했을 경우, 사회적으로 1억 3,000만 달러의 이익을 얻을 수 있어 환경은 물론 사회·경제적으로도 도움이 되는 신재생에너지라고 할 수 있다.
세계원유 매장량(1조 2,007억 배럴)에서 1년 원유 생산량을 나누면 석유 가채연수가 나온다. 가채연수는 앞으로 얼마나 오랫동안 자원을 채굴할 수 있는지를 보여주는 지표로 석유 가채연수는 40.6년이다.
앞으로 약 40년 뒤에는 석유가 고갈될 위험이 있다는 것이다. 바이오디젤은 석유 고갈 시 작물재배에 의해 매년 원료 생산이 가능한 재생에너지로 엔진개조나 추가적인 인프라 투자 없이 수송용 경유로 직접 대체 가능한 유일한 연료이다.
또한 기후변화협약상 탄소중립 연료이므로 국가 중기 온실가스 감축 목표 달성과 기후변화 대응의 유력한 수단이 될 수 있는데, 일산화탄소(CO), 황화합물(SOx), 미세먼지(PM) 등 오염물질 배출 절감으로 대기환경 개선에 도움이 된다.
그뿐만 아니라 농업정책적 측면에서도 긍정적인 결과를 가져오고, 쌀 생산정책 변화, 대외개방 등으로 유휴경작지 증가가 불가피한 상황에서 유력한 대체작물로써 유채재배 및 바이오디젤 생산보급이 가능하여 농가소득의 증대와 고용창출이라는 효과를 기대할 수 있게 된다.
아울러 바이오디젤을 1톤 사용했을 경우 이산화탄소 2.2톤이 감소되며, 산성비의 원인인 아황산가스 배출량 역시 경유에 비해 적게 나타난다.
폐식용유 20mℓ가 하수구로 버려질 경우 20만배에 달하는 깨끗한 물 4,000ℓ가 필요한데, 바이오디젤은 폐식용유와 동물성 기름 등 폐자원을 거둬들여 부가가치가 높은 에너지로 전환하여 에너지 수입액을 감소시키므로 국제 수지 개선에 이바지하며, 폐기 시 발생할 수 있는 수질 및 토양 오염을 예방할 수 있다는 장점이 있다.
바이오디젤이 환경에 미치는 영향뿐 아니라 산업계에 미치는 영향력 또한 긍정적인데, 바이오디젤 제조 및 유통경로를 통해 시장경제가 활성화될 전망이며, 바이오청정연료 기술 자립을 통한 국내 산업 재산권이 확대되어 추후 국제특권을 통해 기술보호가 가능할 것이라는 기대효과가 있다.
BD2, 내년부터 전국 주유소서 사용돼
우리나라는 지난 2006년부터 바이오디젤 상용화를 추진했고, 전국의 제조사와 주유소를 통해 바이오디젤을 보급하고 있다. 올해부터 경유 98%에 바이오디젤 2%를 섞어 쓰는 BD2를 전국 주유소에서 사용하게 된다. .
미국, 독일, 프랑스 등에서는 1990년대부터 바이오디젤유 상용화를 추진해왔다. 우리나라는 2007년 제주 우도에서 개최된 ‘제25회 유채꽃잔치’ 기간 중 바이오디젤 경유를 주입한 공영버스 시범운행을 한 적이 있고, 2011년부터 동물성 바이오디젤 상용화, 2012년부터 바이오디젤 의무혼합제도(RFS)가 도입될 예정이다.
국내 생산업체 16개사, BD100 물량만 39만 5,181㎘
올해 6월 지식경제부에 등록된 기준으로는 우리나라에 16개사의 국내 바이오디젤 생산업체가 운영되고 있다고 한다.
지식경제부에 등록되어 바이오디젤을 생산·판매하려면 생산설비, 저장시설 등 일정 요건을 갖춰야 하는데 바이오디젤 상용화시점인 2006년에는 9개사가 등록됐고, 2010년에는 23개로 급증하여 이 중 규정 위반 등의 이유로 8개 업체가 감소, 2011년 6월에 1개 업체가 신규 등록하여 현재 16개 바이오디젤 생산업체가 등록돼있다.
바이오디젤 BD20의 보급량은 2006년 7월 사용화 이후 급속히 증가하여 2006년 하반기 약 4만 6,000㎘, 2009년에는 28만 8,000㎘의 보급이 이뤄졌으며, 바이오디젤 BD5 혼합을 위해 바이오디젤 BD100 형태로 정유사에 납품됐다.
2010년 보급된 바이오디젤 BD100 물량은 39만 5,181㎘로 추정되고 있다.
국외, 바이오연료 혼합 의무화 시행
유채꽃 생산량이 많은 EU의 경우 농업육성, 기후변화대응, 에너지 안보를 위해 바이오연료 혼합을 의무화하여 보급을 확대 중에 있다.
2009년에는 지속가능성기준을 도입했는데, 주요 자동차 부품사들은 바이오디젤 BD7까지 차량 품질 보증을 합의하기도 했다.
전통적인 대두유 생산지역인 미주는 최근 미국, 브라질 등이 바이오연료 사용을 의무화함에 따라 보급이 급증할 것으로 예상된다. 미국은 2007년 에너지 독립·안전보장법에 따라 바이오연료 사용을 의무화하고, 2010년 지속가능성 기준을 도입했다.
브라질, 콜롬비아, 아르헨티나 등의 국가들은 자국의 풍부한 농산물 활용을 위해 최근 바이오연료 혼합 의무화를 시행 중이다.
아시아-태평양 지역은 유리한 기후조건을 이용한 팜유 생산이 활발한 동남아 국가들을 중심으로 바이오 연료 혼합의무화 및 보급이 확대 진행 중이다.
일본, 뉴질랜드는 지속가능성 기준 도입을 검토 중이며, 아시아태평양경제협력(APEC)은 아시아 바이오디젤 품질기준 표준화 노력을 진행 중에 있다.
또한 전 세계적으로 바이오연료 도입 목표와 의무 현황에 대한 정책을 실시, 계획 중에 있다.
작년 10월 4일 열린 국무회의에서 심의·의결된 ‘대기환경 보전법 개정안’에 따르면 바이오디젤이 연료첨가제에서 제외됐다는 내용이 나온다.
바이오디젤 생산과 판매를 위해서는 석유 및 석유대체연료 사업법령에 따라 제조설비, 탱크 등을 갖추고 지식경제부에 등록을 한 뒤, 품질기준과 차량 성능 및 안전에 적합하다는 검사를 통과해야만 한다.
그런데 이런 요건을 충족할 수 없는 업체에서 바이오디젤을 편법적으로 생산하거나 수입 하여 첨가제라는 이름으로 판매하는 경우가 있었다.
지금까지의 첨가제에 관한 규정으로는 바이오디젤도 등록가능하기 때문에 이런 문제가 발생했는데, 앞으로는 이렇게 되지 않도록 바로잡는 의미에서 개정안이 나온 것이다.
따라서 앞으로 바이오디젤은 첨가제라는 명목으로 등록도 할 수 없을뿐더러 판매할 경우 불법이다.
바이오디젤이 친환경 대체연료로 가장 좋은 연료일 수 있지만, 차량 부품사들과의 규격합의, 판매절차에 따른 기준마련, 양질의 바이오디젤 생산을 위한 기술개발과 관련산업 육성을 위한 정책방향에 대한 논의가 필요한 시점이다.
정 솔 기자
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