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휘발유에 바이오부탄올 섞어 쓴다…실증연구 돌입

석유관리원 차량연료 실증연구 진행, 정책 시행 2020~2021년 전망
미국·중국·유럽 옥수수 등 식용작물 사용, GS칼텍스 폐목재 사용

윤병효 기자 (ybh4016@ebn.co.kr)

등록 : 2017-09-14 14:44

▲ [사진=한국석유관리원]

경유에 이어 휘발유에도 바이오연료를 혼합하는 방안이 검토되고 있다. 현재 정부 출연기관에서 바이오연료 혼합 휘발유에 대한 실증평가를 진행 중이다.

14일 석유업계에 따르면 한국석유관리원에서 바이오알코올이 혼합된 자동차 휘발유에 대한 실증평가를 진행 중이다. 실증평가는 올 초부터 시작됐으며 연말까지 실증작업이 진행될 예정이다. 연구보고서는 내년 상반기쯤 나올 것으로 예상된다.

업계에서는 국내 생산여건을 감안해 2020년이나 2021년부터 휘발유에 바이오알코올을 혼합하는 정책이 시행될 것으로 보고 있다.

현재 우리나라는 '신에너지 및 재생에너지 개발 이용 보급 촉진법' 및 이하 관련 규정에 따라 수송용 경유에만 바이오디젤을 2.5% 혼합하고 있으며, 내년에는 3%로 상향될 예정이다. 다만 정부와 정유업계간 협의로 이뤄진다.

바이오연료인 바이오디젤이나 바이오알코올은 탄소중립 성격을 띄고 있다. 팜유나 목재에서 추출하거나 식용유 등을 재활용하기 때문에 이산화탄소(CO₂)를 배출한 만큼 이산화탄소를 흡수하는 것으로 간주하고 있다.

바이오알코올은 크게 바이오에탄올과 바이오부탄올로 나뉘는데 바이오부탄올이 상용화될 가능성이 높다.

바이오에탄올은 에너지밀도가 휘발유(가솔린)에 비해 상대적으로 낮아 연비가 낮고, 물에 잘 용해되는 친수성 때문에 부식성이 높아 휘발유와 혼합시 낮은 비율로만 가능하다.

이에 비해 바이오부탄올은 에너지밀도가 높고 기화 압력이 낮으며, 휘발유와 비슷한 옥탄가를 보유하고 있다. 특히 휘발유와 유사한 소수성(물과 잘 섞이지 않는 성질) 때문에 부식성도 낮아 높은 비율로 혼합이 가능하다. 기존 유통 인프라와 차량의 개조 없이 사용 가능하다는 장점이 있다. 실제 미국에서는 100% 바이오부탄올 자동차로 그랜드캐니언이나 워싱턴DC 등 장거리 운행에 성공한 사례도 있다.

기존 바이오부탄올은 생산수율이 너무 낮다는 점이 가장 큰 걸림돌이었다. 하지만 생산수율을 높이는 미생물이 개발되면서 상용화 가능성이 크게 높아졌다.

국내에서는 2000년대 중반부터 한국과학기술원(KAIST), 한국과학기술연구원(KIST), 한국화학연구원, GS칼텍스, SK에너지 등이 바이오부탄올 생산 연구를 수행하고 있다. 이 가운데 GS칼텍스가 가장 선도기업이다.

GS칼텍스는 유가가 정점을 찌르던 지난 2007년 바이오부탄올 연구개발에 착수해 7년 만인 2014년에 신기술 인증서인 NET(New Excellent Technology)를 받았다.

NET는 국가기술표준원과 한국산업기술진흥협회가 우수 신기술을 인증함으로써 기술의 상용화와 거래를 촉진하고, 기술을 이용한 제품의 신뢰성을 제고시켜 시장 진출 기반을 빠르게 조성하는 목적이 있다.

바이오부탄올은 폐목재, 볏짚, 잉여 사탕수수 등을 이용해 만드는데 기존 기술로는 대량 생산이 어려웠다.

하지만 GS칼텍스는 미생물 성질을 조작하는 시스템 대사공학 기술을 통해 대량생산 문제를 해결했다. 식물이 가진 당을 발효·분해하기 위해 '클로 리스트 리듐 균주'라는 미생물의 유전자를 조작해 기존 방법보다 생산량을 3배 이상 향상시키는데 성공했다.

여기에다 혁신적인 분리·정제 공정 기술의 개발로 해당 공정에서의 에너지 소비량을 70% 이상 절감했다. 이처럼 생명공학 기술을 활용해 개발한 고성능 균주와 독창적 발효공정 기술을 결합해 부탄올 선택도, 발효 수율, 생산성 등에서 세계 최고 수준의 기술 성능을 달성했다.

GS칼텍스 바이오부탄올은 크게 2가지 장점이 있다.

먼저 저가의 비식용 목질계 바이오매스를 활용함에 따라 획기적인 원가 절감이 가능하다. 석유계부탄올과 사탕수수, 옥수수 등을 원료로 하는 당질 및 전분질계 바이오 부탄올에 비해 생산원가를 각각 45%, 25% 절감할 수 있다.

또한 미국 환경보호청(EPA)에서 진행한 LCA(Life CycleAssessment, 전주기분석) 결과에 따르면 휘발유 대비 당질계 바이오부탄올은 30~60%, 목질계 바이오부탄올은 100% 이상의 온실가스 저감 효과가 있다.

GS칼텍스는 2016년 9월 사업비 500억원을 투자해 여수 화학단지 내 1만5000㎡ 부지에 연산 400톤 규모의 바이오부탄올 데모플랜트를 건설 중이며, 올해 하반기 완공될 예정이다.

최근 중국은 약 2억달러를 투자해 연산 약 22만톤 규모의 바이오부탄올 공장을 건설했다. 하지만 중국을 비롯해 미국, 유럽 등도 주로 옥수수를 원료로 사용하고 있어 식량부족 문제 때문에 상용화가 어려운 상황이다.

이에 비해 우리나라는 폐목재를 원료로 사용하고 있어 바이오부탄올 상용화 기술에서 앞서 있다는 평가를 받고 있다.