주목받는 바이오연료 시장, 과제는?

[에너지신문] 글로벌 탄소중립 정책에 석유수요를 대체할 바이오연료가 주목을 받으며 향후 그 기능과 역할이 점차 부각될 전망이다. 

현재 상용화돼 국내에 보급 중인 바이오연료는 바이오중유, 바이오디젤, 바이오가스가 있는데 이 중 바이오중유는 지난 2014년부터 2019년 3월 14일까지 중유를 연료로 사용하는 기력 발전기 연료로 시범 보급했으며 2019년 3월 15일부터 세계 최초로 발전용 연료로 상용 보급되고 있다.

하지만 러시아와 우크라이나간 전쟁과 같은 예상치 못한 상황과 중동지역의 지정학적 리스크가 발생되면 국제유가를 비롯한 원자재가격이 치솟으면서 떨어진 원가 경쟁력에 바이오연료 공급이 위축될 것이라는 우려를 살 가능성이 커졌다.

하지만 수소와 전기 특정 연료에 편중된 에너지 정책은 수급 안전성은 물론 에너지 안보를 헤치게 될 우려를 높일 수밖에 없게 된다. 

휘발유와 경유 등 기존 석유제품을 사용할 내연기관 차량이나 선박, 항공기에 이산화탄소를 줄이기 위해서는 바이오연료 혼합률을 높이거나 사용량을 확대하지 않으면 기후변화 대응을 위한 2050 탄소중립 달성을 어렵게 만들 가능성이 크다. 

이 때문에 정부는 친환경 바이오연료 보급 확대를 위해 신재생에너지연료 혼합의무제도(RFS)가 도입된 후 당초 5.0%였던 바이오디젤 혼합률 목표를 2030년까지 8.0%까지 확대하겠다는 목표를 제시했다. 

신재생에너지연료혼합의무(Renewable Fuel Standard)는 석유정제업자로 하여금 일반 경유에 의무혼합비율만큼 바이오디젤을 혼합해 공급하는 것을 의무화한 것을 말한다. 

국내에서 아직 상용화되지 않는 바이오항공유와 바이오선박유에 대해서는 실증사업을 거쳐 관련 기준을 마련하기 위한 제도화 작업이 진행중이며 바이오매스, e-fuel 등 신규 바이오연료에 대한 법적 근거 마련을 위해 연구용역을 거쳐 관련 법령 개정 작업을 본격화할 것으로 보인다.

정부는 바이오항공유의 경우 2026년, 바이오선박유는 2025년 도입을 목표로 하고 있다. 친환경 바이오연료 활성화를 위한 정부의 확대방안은 기후변화 대응의 효과적인 수단으로 바이오연료를 주목하는 것이다.

바이오연료시장은 향후 세계적으로도 시장이 커질 수밖에 없고 이들 시장을 선점하기 위해서는 친환경 바이오연료의 국내 사용이 확대돼야 미래 유망산업으로 육성해 나가는 것이 가능하기 때문이다. 

친환경 바이오연료 사용 확대는 특히 전기 등으로 대체하기 어려울 뿐 아니라 국제환경규제도 날로 강화되는 항공·해운산업 등에 있어서 필수인 수단으로 주목해야 한다. 

특히 석유의존도가 높은 국내 경제구조를 감안할 때 전량 해외에서 수입해 사용하는 석유 수요를 대체함으로써 국내 에너지안보를 제고하는 데 기여할 것이라는 기대도 없지 않다. 

여기에다 바이오연료 생산에 필요한 원료의 안정적인 확보를 위해 폐플라스틱 등 원료의 수거·이용이 원활하도록 업계 애로 해소를 지원하고 원료 공급업계와 바이오연료 생산업계 간 연계를 통해 상생의 생태계 구축도 시급히 해결해야 될 과제로 꼽힌다. 

이와 함께 기술경쟁력 확보를 위해 대규모 친환경 바이오연료 통합형 기술개발을 추진해야 할 뿐 아니라 △폐기물·미세조류 등 지속가능한 원료 발굴 △바이오연료 생산효율 증대 △바이오연료 생산과 연계한 바이오납사 등 바이오소재 생산기술들에 대한 필수 기술과제들을 선정하는 작업을 거쳐 올해부터 본격적인 예비타당성 검토를 통해 사업화 추진도 뒤따라야 한다. 

아울러 국내 확보가 어려운 원료는 해외에서 생산·조달이 가능토록 해외진출에 대한 지원 방안도 서둘러 마련하는 것이 필요한 실정이다. 

2050 탄소중립 달성을 위해서는 수송과 산업, 항공유 등 3대 부문을 중심축으로 바이오연료 공급이 확대돼 나가는 것이 급선무이기 때문이다.

선박 엔진에 탄소중립연료 e-fuel 적용 추진

수송 부문 탄소중립을 위해 전기차·수소차, 탄소중립연료(e-Fuel, 바이오연료, 암모니아 등), 수소엔진 등 다양한 수단이 제시되고 있는 상태다.

독일, 일본을 중심으로 e-Fuel 관련 연구가 진행 중이며 우리나라에서도 2050년 탄소중립 목표로 기술 진보의 가능성을 열어두고 다양한 수단 모색 중이다.

이 때문에 정부에서도 잔여 내연기관차(대형 상용차, 군용차 등), 전동화가 어려운 항공·선박의 탄소중립을 위해 ‘재생합성연료(e-Fuel) 연구회’를 지난해 4월 15일 구성·발족한 후 정례적 회의를 개최해 e-Fuel 국내외 동향, 경제성, 선결과제 등을 논의하고 있다.

현대중공업은 선박이 전동화에 한계가 있고 대형선박의 긴 선령(25년) 고려 시 탄소중립연료는 2050년 온실가스 저감 목표 달성을 위한 필수 요소이기 때문에 친환경 연료에 대한 정부의 관심과 지원을 요청하기도 했다. 

그 일환으로 세계 최대 해운사인 머스크사와 약 1조 6000억원 규모 메탄올 추진선 건조 계약 체결한 후 e-Fuel의 일종인 e-메탄올 적용이 가능할 것으로 예상되는 메탄올 엔진을 개발해 생산 설비를 구축해 메탄올 엔진 탑재에 이어 향후 수소·암모니아 엔진까지 개발 예정이다. 

국내 바이오가스 CO2 잠재량 활용 시 연간 도로부문 가솔린 소비량의 약 29%의 e-Fuel이 생산이 가능하고 해외도 생물 유래 CO2 활용 시 e-Fuel을 탄소중립 달성한 연료로 인정하는 만큼 우리나라도 이를 탄소중립 주요 수단으로 삼아야 한다는 목소리가 나오고 있다. 

전기·수소차의 높은 차량 가격, 배터리 소재 공급망 불안정성, 인프라 구축 비용 등 고려할 때 e-Fuel도 전기·수소차 수준의 경제성 확보가 가능해져야 한다. 

△그린수소 생산 △CO2 포집(공기 중 포집, 생물 유래 CO2, 차량 배출 포집) △합성 공정 등 제조공정의 원천기술을 다수 확보 중이지만 상용화를 위한 실증 연구가 필요할 뿐 아니라 주요 과제인 경제성 확보가 관건이 될 수밖에 없다. 

특히 신재생에너지 보급, CO2 흡착제 효율 향상, 합성 촉매 개발 등으로 수소, CO2 가격이 낮아지고 제조 효율은 높아질 것으로 예상돼 2050년 e-Fuel 가격은 리터당 1달러 수준까지 하락할 가능성도 있을 것으로 전망됐다. 

다양한 정책 마련 절실한 바이오연료   

상병인 한양대 교수는 ‘국내 바이오매스 잠재량 평가를 통한 바이오연료 보급 활성화 방안’을 통해 2019년 기준 국내 사용 총 바이오에너지는 396만 8000TOE로 발전 부문이 80.5%, 수송 부문 18%, 시멘트산업의 연료대체로 1.6%가 산업용으로 기여하고 있다고 밝혀 향후 탄소중립 정책에 따라 산업 부문, 수송 부문의 바이오에너지 수요가 크게 증가할 것이라고 예측한 바 있다.

수송, 발전, 산업이라는 3가지 영역에서 신재생에너지의 40%를 바이오에너지가 담당하고 있는데 그 역할과 지위를 인정받지 못하는 것은 원료를 외국에서 수입한다는 인식 때문이라고 지적했다. 

2050년 내연기관차의 완전 운행 중단이 현실적으로 어려우며 정부가 전기차의 소프트 랜딩이 이뤄지도록 바이오연료 등 다양한 정책 마련이 필요하다고 지적한 바 있다.

국내 확보 어려운 원료, 해외 생산·조달 가능 방안 강구해야 
원료 공급·바이오연료 생산업계 간 상생 생태계 구축도 시급
수송과 산업, 항공유 등 중심축으로 바이오연료 공급 확대 필요

국내 대표 바이오디젤 생산업체 중 한 곳인 JC케미칼은 혼합율 증가 추세로 바이오디젤 국내 보급량이 지속 증가해 왔지만 글로벌 시장 대비 국내시장은 아직 매우 미흡한 수준이며 해운, 항공 등 수송부문 혼합율이 선진국 수준으로 상향해야 할 것이라고 목소리를 높였다. 

유럽시장에서는 이미 활발한 논의가 시행중이며 2023년 시장 활성화가 예상되는 선박용 바이오중유 조기 상용화를 위해 법적 기반 마련이 필요하며 바이오디젤 시장 안정 차원에서 혼합의무자의 사업 진출 제한이 필요하다고 지적하기도 했다. 

바이오연료 활용 범위가 확대되고 바이오항공유 등 HVO사업은 대기업군이 추진하는 등 이해가 다양하게 엇갈리는 만큼 정유사는 바이오디젤 구매자로서의 역할을 수행하고 단석산업과 JC케미칼 등 7개 생산업체는 BD공급자로서의 역할에 충실할 필요가 크다. 

특히 토양오염과 수질보호를 위해 동물성유지와 폐식용유 등의 재활용을 극대화하고 친환경 수송용 에너지 확보를 위한 바이오작물의 끈기 있는 개발해 글로벌 시장에 대응하고 에너지 안보도 확보해 나가야 한다. 

바이오 선박유, 항공유 등 다양한 바이오연료가 보급되도록 지속적인 노력을 통해 기후변화에 기여해 나가도록 정부 및 업계 등의 상호 협력과 관심 및 지원이 뒤따라야 한다.

의무시행 앞둔 국제항공탄소감축 상쇄제도  

바이오항공유는 동물성 지방, 식물성 오일, 목질계 원료, 해조류 등 바이오매스를 기반으로 만들고 원료 수급부터 생산, 소비에 이르는 전 단계에서 탄소 배출을 기존 항공유 대비 80%까지 줄일 수 있는 친환경 연료로 꼽힌다.

이 때문에 유엔 산하 국제민간항공기구는 2021년 가입국들의 자발적 참여로 도입한 국제항공탄소감축상쇄제도의 2027년 의무 시행을 앞두고 있다.

항공 온실가스 배출량을 2019년 수준으로 동결하는 것이 이 제도의 골자다. 현재 전 세계 바이오항공유 사용량은 연간 2~3만톤으로 전체 항공유 중 0.1%에 불과한 실정이다. 

유럽을 비롯한 세계 각국은 의무시행을 앞두고 바이오항공유 사용을 늘리기 위한 정책을 펼치고 있다. 

국내 항공사 역시 온실가스를 감축하려면 바이오항공유 비중 확대가 불가피하다. 국제에너지기구는 2040년 바이오항공유 수요가 연간 6000만톤까지 급증할 것으로 전망하고 있다. 

영국항공, 카타르항공 등 바이오항공유 설비 투자에 직접 나선 항공사들도 있다. 자동차, 선박 운송분야에서는 한발 앞서 바이오연료 사용이 활성화함 따라 이미 해외 기업들은 관련 사업에 진출해 왔다.

핀란드 국영 정유사 네스테 오일은 바이오에너지부문에서만 연간 영업이익의 80%에 가까운 2조원 가량을 벌어들이고 있다.

이같은 상황에 대비해 HD현대오일뱅크는 블루수소, 친환경 화학·소재와 함께 화이트 바이오사업을 3대 미래 사업으로 선정하고 충남 대산공장 내 바이오항공유 생산 공장 건립을 추진중이다. 

국내 기업 중 바이오항공유를 직접 제조하는 첫 사례가 될 전망이다. 또한 대한항공과는 ‘바이오항공유 제조 및 사용 기반 조성 협력을 위한 양해각서’를 체결하기도 했다. 

바이오항공유 확보가 반드시 필요한 대한항공과 화이트 바이오사업 진출을 적극적인 HD현대오일뱅크의 니즈가 부합된 셈이다. 

규격 제품 생산과 상용화를 위한 연구 및 조사, 공항 내 급유 인프라 구축, 관련 정책 대응 등 바이오항공유 생태계 전반에 걸친 폭넓은 협력이 이뤄질 것으로 기대된다. 

주목받는 바이오선박유 사업 

GS칼텍스는 포스코, 에이치라인해운 등과 업무협약을 통해 바이오선박유 사업을 공동 추키로 약속했다.

바이오연료를 공급하는 정유사와 원료를 운송하는 철강사 및 선박을 운영하는 선사로 연결되는 3사가 글로벌 해상 물류 밸류체인(Value chain)에서 탄소감축을 추진한다는 점에서 의미가 크다. 

GS칼텍스의 바이오선박유는 ‘ISCC EU’ 친환경 인증을 받은 제품으로 화주인 포스코의 탄소중립 목표 달성, 선사인 에이치라인해운의 탄소규제 대응에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 

바이오선박유는 재생가능한 원료를 사용, 제조하기 때문에 기존 화석연료 기반 선박유 대비 탄소배출량을 65% 이상 절감할 수 있다. 

특히 폐식용유 기반 바이오디젤을 사용한 바이오선박유의 경우는 80% 이상의 탄소배출 절감 효과가 있는 것으로 국제적으로 인정받고 있다. 

메탄올이나 암모니아 대비 저렴하고 신규 인프라 투자나 새로운 선박 건조 없이 사용할 수 있기 때문에 해운 분야에서 탄소감축에 가장 현실적인 대안으로 평가된다. 

국제해사기구(IMO)는 지난 7월 런던에서 개최한 ‘제80차 해양환경보호위원회 (MEPC80)’에서 바이오선박유의 탄소감축 효과를 공식적으로 인정하기도 했다.

포스코는 2018년부터 선박 배출가스에 포함된 황산화물의 감축을 위해 원료전용선을 대상으로 탈황설비를 장착하고, 2021년에는 세계 최초로 LNG 추진 대형 벌크선을 도입, 운항하는 등 해양 환경보호를 위한 활동을 지속하고 있다.

GS칼텍스는 정부가 지난해 10월 발족한 친환경 바이오연료 활성화 얼라이언스에 참여, 친환경 바이오연료 보급 확대에 선도적인 역할을 하고 있으며 국내 정유사 최초로 바이오연료에 대한 국제 친환경 제품 인증제도인 ‘ISCC EU’를 취득하기도 했다. 

특히 지난해 9월부터 12월말까지 산업부에서 주관하는 바이오선박유 도입 계획에 참여해 국내외 선사들에게 바이오선박유의 공급을 지속할 예정이다.

이에 앞서 지난해 9월 5일에는 인천공항에서 LA행 대한항공 화물기에 바이오항공유(SAF) 시범 운항을 시작했고 선박유 부문에서는 HMM과 첫 시범 운항을 진행한 바 있다. 

‘인천→LA 노선(화물기)’에 바이오항공유(SAF)를 3개월간 월 2회 급유, 시범 운항해 2026년부터 도입될 SAF시장에 대한 대비를 할 예정이다.

SAF(Sustainable Aviation Fuel)는 폐식용유, 생활폐기물 등을 원료로 만든 친환경 항공유로 기존 화석연료 기반의 항공유 대비 최대 80%까지 탄소배출 절감이 가능하기 때문이다. 

GS칼텍스는 탄소중립, 에너지전환 대응 등 미래 환경 변화에 대응하기 위해 화이트 바이오 생태계 구축을 위해 바이오디젤, 바이오선박유, 바이오항공유, 바이오케미컬 등 바이오 사업 전반에 대한 밸류체인구축을 위해 노력 중이다.

또한 글로벌 바이오연료 시장 변화와 정부의 활성화 정책에 따라 바이오 사업에 적극적인 투자를 추진하고 경쟁력을 확보해 나간다는 계획이다.

그같은 사업의 일환의 LG화학과는 화이트 바이오 생태계 구축을 위한 업무협약 및 실증플랜트를 착공한 바 있다.

시사점과 과제 

세계 바이오연료 시장은 미국, 브라질 등이 성장 주도하고 있으며 향후에도 이 국가들을 중심으로 수송부문의 온실가스 감축 수단으로 적극 활용되며 높은 성장세가 지속될 전망이다. 

수송부문 온실가스 배출 중 약 4분의 3을 차지하는 도로부문은 전기차 판매가 급증하는 등 전동화(electrification)가 빠르게 진행 중이나 대형 트럭, 항공, 해운 등과 같이 전동화가 어려운 부문은 다른 감축 수단 필요한 실정이다. 

즉 내연기관 운송수단들의 연비 개선과 함께 기존 석유기반의 연료를 대체할 수 있는 전기 이외의 수단이 필요하며 바이오연료가 중요한 대안 중 하나로 꼽힌다.

미국, 유럽, 브라질 등을 중심으로 정부의 규제와 지원 정책하에 바이오연료 산업의 성장이 본격화되고 있는 상태다. 

주요국들은 2050 넷제로 목표 설정과 함께 도로 및 항공 연료의 탈탄소화를 위한 바이오연료 사용 촉진과 관련해 더 높은 목표를 제시하고 정책적 인센티브를 제공하는 등 바이오연료 산업의 성장을 주도하고 있다. 

기업 차원에서도 자체적인 탈탄소 목표를 설정해 바이오연료 공급 확대에 기여하고 있다. 바이오연료 전문 생산업체 뿐 아니라 많은 정유사들도 최근 바이오연료 생산을 위해 자산을 전환하기로 결정하고 다양한 기술과 원료를 활용하는 신규 프로젝트들을 개발 중이지만 높은 생산비용으로 인한 열악한 경제성, 낮은 원료공급 접근성 등은 향후 지속적으로 해결해야 할 과제가 되고 있다. 

높은 성장세에도 불구하고 세계 수송용 연료 중 바이오연료가 차지하는 비중은 아직 매우 낮은 수준에 머물고 있다. 

바이오연료 시장 확대를 위해서는 기술혁신을 통한 경제성 개선과 대규모 상용화 및 투자 확대가 필요하다. 

국내 수송용 바이오연료 시장은 현재 바이오디젤에 국한돼 있고 그 규모 또한 낮은 수준에 머물고 있어 향후 시장 확대를 위한 정책적 지원이 한층 강화될 필요가 크다는 목소리가 높아지고 있다. 

그동안 품질검사, 등록의무, 위반시 과징금 부과 등 바이오연료에 대한 규제에 비해 국내보급 활성화나 산업 육성을 위한 법과 제도적 근거, 정책적 지원이 상대적으로 부족했던 상황이다. 

바이오연료 산업은 아직 경제성 등이 낮아 시장에서 자연스럽게 형성된 산업이 아니라 규제 및 지원 등을 통한 정책이 주도하는 산업으로 산업 성장을 위한 정부의 적극적인 정책이 필수적인 요건으로 꼽힌다. 

지난해 10월 정부는 친환경 바이오연료 확대 방안을 통해 바이오연료 산업 육성을 위한 정책 강화 방향을 발표하는 등 향후 국내 바이오연료 시장의 성장을 기대하고 있다. 

미국, 유럽, 일본 등 선진기술에 비해 뒤지는 국내 기술 경쟁력 확보에 주력할 필요성이 높은 셈이다. 

전통적인 석유 정제설비를 통한 연료 생산과 운영능력, 자금력 등에 강점이 있는 대기업과 바이오연료 생산기술에 특화된 중소기업의 기술적 제휴와 상생을 도모하는 것도 선결 과제중의 하나다. 

산학연 공동연구를 추진해 연구 시너지를 높이고 기술개발과 실증사업 실시 등을 통해 선진국과의 기술격차 극복을 위해 중장기적인 노력이 지속돼야 한다. 

기술개발 대상은 기존 바이오연료 생산기술 뿐만 아니라 미래 시장 선점을 위해 재생 바이오디젤, 합성연료(e-fuel) 등 차세대 바이오연료 기술개발이 포함돼야 한다. 

기술력 개발과 함께 바이오연료 상용화를 위한 시범 프로젝트 활성화, 제반 인프라 구축 등 전반적인 바이오연료 산업 생태계 조성기반 마련을 위한 투자 확대가 이뤄져야 한다.

또한 전세계적으로 바이오연료 시장 확대에 있어 원료 조달이 중요한 제약요인으로 작용할 가능성이 제기되는 만큼 원료확보 경쟁 심화에 대비할 필요성 또한 높다. 

특히 한국 바이오연료 산업의 원료 국산화율이 현재 약 30%대 수준에 머무는 등 매우 낮은 상황으로 국내외 원료 공급망 구축의 필요성이 높아지고 있다. 

또한 해외시장 진출을 위한 현지 폐식용유, 폐유 처리업체 등 원료 생산업체에 대한 직접투자나 M&A 기회도 적극 모색해 나가야 한다. 

2050 탄소중립 및 2030 국가 온실가스 감축목표 40%라는 도전적인 목표 달성뿐 아니라 신성장동력 확보 차원에서도 바이오연료 산업 활성화가 필요한 시점이다. 

특히 국내 정유산업은 원유정제능력이 세계 6위를 차지하는 등 한국의 대표적인 주력산업이자 수출산업으로서의 역할을 수행해 왔지만 전체 산업의 탄소배출 중 약 6%를 차지할 뿐만 아니라 전 세계적인 탄소저감 움직임으로 미래 성장동력이 약화될 가능성이 적지 않다.

미래 지속가능한 성장을 위한 혁신기술 확보 및 신사업 모델 발굴 등 글로벌 기준에 부합하는 사업전략의 변화가 절실한 상황이며 그 일환으로서 바이오연료 산업 참여를 적극 검토·추진할 필요가 높다.