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바이오에너지… “여전히 매력적인 에너지원”
  • 미래환경
  • 승인 2015.06.09 17:47
  • 호수 69

바이오에너지…“여전히 매력적인 에너지원”

지속가능한 에너지원을 위해 개발되고 있는 바이오에너지는 최근의 유가 하락으로 성장이 주춤한 상태이지만, 정부의 지원 정책과 기술 개발로 지속 증가할 것으로 전망된다. 바이오에너지가 현재 수송용 에너지 대부분을 차지하는 석유 자원을 대체할 수 있어 전통석유자원이 없는 국가에서 이용 가능할 뿐 아니라, 화석연료의 대안으로서 온실가스 감축에 기여할 것이라고 보는 것이다. 한국수출입은행에서 최근 낸 보고서 ‘차세대 바이오연료 산업 동향 및 전망’을 중심으로 세계 바이오연료 산업에 대해 살펴봤다.

바이오에너지란
바이오에너지는 태양광을 이용해 광합성하는 유기물 및 유기물을 소비해 생성되는 모든 바이오매스로부터 얻는 에너지를 의미한다. 석유, 석탄, 가스에 이은 네 번째 에너지원으로서 세계 일차 에너지 수요 중 약 10%를 차지한다. 무엇보다 바이오매스는 풍부하고 재생가능하며 탄소 중립적이라는 점에서 온실가스 저감에 유리하다는 장점이 있다.
화석연료와 바이오연료는 모두 바이오매스가 기원이라는 공통점이 있다. 다만 화석연료는 바이오매스가 지하에 매몰되어 오랜 시간에 걸친 탄화작용에 의해 생성되는데 반해, 에너지로 사용될 때 이산화탄소 발생은 단기간에 일어나서 탄소 균형이 깨져 온실가스 증가의 주범이 되고 있다. 반면 바이오연료는 이산화탄소의 소비와 발생에 비교적 짧은 수개월이 소요되어 생태학적으로 탄소 사이클이 균형을 이루게 되어 ‘탄소 중립적’ 에너지라 불린다. 향후 바이오매스는 석유의 부족분을 충당하고, 장기적으로는 수소 에너지를 위한 재생 가능한 원료가 될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

   
 

바이오연료로의 기술 상용화
바이오에너지는 다른 신재생에너지들은 적용이 불가능한 수송부문에서 사용 가능하다는 점에서 특히 매력적이다. 현재 석유기반의 수송용 연료를 대체할 수 있는 액체 바이오연료로 크게 바이오에탄올과 바이오디젤로 나뉜다. 바이오에탄올은 사탕수수, 옥수수, 밀 등 식량자원을 발효해 만든 알코올 기반의 연료로서 석유기반의 휘발유를 대체할 수 있고, 바이오디젤은 식물성 기름 또는 동물 지방을 원료로 해 메탄올과 반응시켜 합성하며, 석유기반의 디젤 연료를 대체할 수 있다.
식용식물을 원료로 사용하는 1세대 바이오연료 기술은 상용화되었으나 식량 가격 상승 등에 영향을 미치고 원료 확보를 위한 농지 개발 등 경제성과 온실가스 감축에 한계를 지녔다. 이후 이를 극복하기 위해 지난 십년간 농업 폐기물, 목질계 등 비식용 셀룰로오스계 바이오매스를 원료로 하는 2세대 바이오연료 연구 개발이 활발하다.
그렇지만 2세대 바이오연료는 원료의 경쟁력에도 불구하고 기술적 완성도가 더 필요한 상황으로 현재 상용화된 공장이 전 세계적으로 한두 곳뿐인 실정이다.
향후 몇 년 안에 대부분의 국가는 비식량계 원료를 기반으로 하는 3세대 바이오연료로 전환할 것으로 예상되고 있다. 3세대 바이오연료는 직경 0.4㎜보다 작은 광합성 미생물이 햇빛, 물, 이산화탄소를 이용해 조류 바이오매스를 합성한 미세조류를 원료로 사용하는 것이다. 10만 종 이상의 조류가 존재하는데 일부 조류의 경우 식용 작물에 비해 기름 성분이 풍부하고, 햇빛과 이산화탄소를 연료로 전환하는 데 매우 효율적이어서 바이오디젤 생산에 사용된다. 바이오에탄올 생산 선도국가 중 하나인 브라질은 페르남부코 주에 최초로 조류 바이오매스 공장 건설을 앞두고 있기도 하다. 다만 조류기반의 바이오연료 생산 역시 조류 양식 등 해결해야 하는 많은 과제들이 있다. 연못과 같은 야외 부지를 이용하면 저가로 대량 생산이 가능하나 오염 가능성이 있고, 이를 방지하기 위해 밀폐된 반응기를 이용할 경우 설치 및 에너지 비용이 많이 드는 등의 문제가 있다.

바이오연료 시장 전망
바이오연료 시장은 원료가 풍부한 미국과 브라질, 그리고 환경규제가 강한 유럽을 중심으로 형성되어 있다. 2000년대 들어 고유가가 지속되면서 주요 국가들은 석유 의존도를 낮추기 위해 바이오연료 사용을 장려했고, 그 결과 2006년 470억 달러 규모였던 바이오연료 시장은 2011년 1400억 달러로 급격히 성장했다. 연평균 24.3%의 높은 증가율이다.
그러나 현재 바이오연료의 경제성은 매우 열악한 상황에 있다. 전체 전통 및 비전통 석유 중에서 바이오에탄올, 바이오디젤 등 바이오연료의 생산원가가 가장 높은 수준이며, 바이오연료를 대규모로 생산하는 미국도 바이오연료 가격이 화석연료 가격 대비 갤런 당 1달러 정도가 높다.

   
 

그렇지만 한국수출입은행은 보고서를 통해 2000년대 후반 들어 바이오연료 투자가 다소 정체되는 경향을 보이고 있으나, 중장기적으로 바이오연료 산업은 지속 성장할 전망이라고 내다봤다. 시장 규모는 각국 정부의 육성 정책 등으로 지속적으로 증가해 2016년 2660억 달러로 성장할 전망이고, 1세대 바이오연료 생산은 지양하고 비식량 원료인 셀룰로오스계, 미세조류 등을 원료로 하는 차세대 바이오연료 생산으로 전환될 것으로 예상했다. 다만 차세대 바이오연료기술 대부분이 아직 상용화 이전 단계이고, 경제성이 부족해 최근의 국제유가 하락세가 장기화될 경우 바이오연료 산업 정체가 일어날 가능성도 존재한다고 보았다. 아울러 생산 거점은 미주, 유럽 지역에서 원료가 풍부한 신흥 아시아 지역으로 이동하는 사례가 점차 증가할 것이라고 전망했다.

주요 국가 바이오연료 정책
선진국은 가격경쟁력이 없음에도 불구하고 사회적 효과를 고려해 정책적으로 바이오연료를 도입하고 있다. 바이오연료 생산 시 화석연료와의 가격 차이만큼 보조금 혜택을 제공하기도 하고, 농작물로부터 바이오연료 의무 생산제를 시행하기도 한다.

   
 

바이오연료 공급 확대를 위한 가장 대표적인 제도는 RFS(Renewable Fuel Standard)로, 이는 수송부문에서 수송용 화석연료에 일정비율 이상의 신재생연료를 의무적으로 혼합하게 하는 제도다. 우리나라는 2013년 7월 30일 신에너지 및 재생에너지 개발이용보급 촉진법을 개정ㆍ공표했으며, 유예기간 2년을 거쳐 오는 7월 31일부터 시행할 예정이다. 현재 국내 수송용 바이오연료 보급은 디젤 대체연료인 바이오디젤이 유일하며, 선진국 대비 미흡한 수준인데, 2007년 이후 바이오디젤 혼합비율을 매년 0.5%씩 상향조정해 현재 바이오디젤 2%를 보급 중이다.
미국, 브라질, EU 등 여러 국가에서 바이오연료를 화석연료에 일정비율로 혼합해 의무적으로 사용하도록 하고 있으며, 특히 최근에는 차세대 바이오연료 보급 확대를 위해 1세대 바이오연료 사용 확대를 제한하고 있다.

차세대 바이오연료, 여전히 매력적
보고서는 바이오연료는 아직까지 기술적 한계와 경제성 등 해결해야 할 과제들이 많으나 중장기적으로는 여전히 매력적인 대안이라고 평가했다. 석유자원이 없는 국가에서는 에너지 자립도를 높일 수 있고, 나아가 기후변화협약에 대응할 수 있는 수단이기 때문이라는 것. 현재 기술 개발 중인 차세대 바이오연료의 공정이 향후 최적화되어 사용화 단계에 이르면 기존 1세대 바이오연료보다 온실가스 저감 효과가 더 클 것으로 기대했다. 그러나 향후 또 다른 문제점들이 부각될 가능성은 여전하다고 지적했다. 가령 목질계 원료를 바이오연료를 위해 전용하는 것은 건축업자, 제지업자들에게 타격을 줄 수 있고, 미개발지에 연료용 에너지 작물을 재배하는 것 역시 논란의 여지가 있다는 것이다.
국내 바이오연료 산업 경쟁력 강화를 위한 정부 지원을 강화해야 한다는 점도 지적했다. 이미 부처별로 차세대 바이오연료에 대한 다양한 연구개발이 진행되고 있는데, 부처별 상호협력을 통해 연구 효율성과 시너지를 높이고 차별화 기술에 대한 선택과 집중이 요구된다는 것이다. 더구나 우리나라는 바이오매스 자원이 부족할 전망으로 차세대 바이오연료 공급 확대를 위해 안정적인 원료 확보 노력이 수반되어야 한다면서, 국내 바이오매스 자원 이용률을 높이는 한편 해외 바이오매스 자원을 수입하거나 직접 개발하는 방안을 적극 검토해야 할 것이라고 제언 했다.
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