출처 : https://ieei.or.jp/2023/07/kobayashi_20230724/

 

승용차 시장에서 전기자동차의 판매가 급증하여 자동차 부문의 CO2 절감 대책의 비중이 바이오 연료에서 전기화로 전환되고 있다. 한편 항공 부문의 저탄소화를 위해 폐식용유를 가지고 만드는 SAF(Sustainable Aviation Fuel : 지속 가능 항공 연료)가 주목받고 있다. 이러한 새로운 움직임을 포함하여 바이오 연료의 현재 상황을 분석한다.

 

바이오 연료는 운수 부문에서 자동화를 통해 저탄소화하기 어려운 부문(트럭, 항공, 선박)에서 중요한 역할을 하며, 개발도상국에서는 승용차 부문에서도 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 정부 수준의 응용 확대 지원이 아직은 더 필요하다.

 

1. 시작하며

 

바이오 연료의 역사를 되돌아보면, 1970년대 석유쇼크로 인해 석유를 대체하기 위해 에탄올이 이용되기 시작했으며, 1997년에는 COP3(교토)에서 교토의정서가 합의된 후에 온난화 대책을 위해 바이오 연료가 주목을 받게 되었고, 2000년 이후 급격하게 에탄올을 중심으로 그 소비량이 증가하였다. 연구개발 측면에서는, 식료와의 경쟁 및 삼림 파괴에 대한 우려 때문에 셀룰로오스를 통한 에탄올 생산, 조류(藻類)에 의한 바이오 연료 제조 등이 한때 주목받았었지만, 지금까지도 대규모 상업 생산으로는 이어지지 않고 있다.

 

최근의 동향을 보면, 유럽을 중심으로 좀 더 환경친화적인 바이오 연료로서 폐식용유를 이용하여 수소화함으로써 drop-in 연료(엔진 등을 개조하지 않고 기존 연료의 대체제로 이용할 수 있는 연료)로 이용할 수 있는 HVO(Hydrotreated Vegetable Oil : 수산화 식물유)나 SAF(Sustainable Aviation Fuel : 지속 가능 항공 연료, HEFA : Hydroprocessed Esters and Fatty Acids라고 불리기도 함)가 주목받고 있다.

여기서는 바이오 연료의 최근 동향을, 특히 새로운 움직임을 중심으로 분석한 다음 온난화 대책을 위해 운수 부문에서 어떻게 바이오 연료를 이용할 생각인지 몇 가지 시나리오를 예로 소개한다.

 

2. 바이오 연료의 현재 상황

 

▬ 개요

 

현재 사용되고 있는 바이오 연료는 에탄올과 바이오 디젤인데, 바이오 디젤에는 식물유 등을 에스테르화한 FAME(지방산 메틸 에스테르)과 수소화 처리로 “drop-in”化한 HVO(수산화 식물유, 미국에서는 Renewable-Diesel이라고 불림)가 있다.

 

아래 그림과 같이 2000년경까지는 에탄올이 생산량의 대부분을 차지했으며, 그 60~80% 정도는 브라질, 나머지 20~40% 정도는 미국으로, 두 국가가 대부분을 생산, 소비했다. 브라질에서는 1975년에 국가 알콜 계획이 책정되어 에탄올 연료가 본격적으로 생산되었다. 미국에서는 1977년의 대전쟁화법 및 1978년의 에너지세법이 에탄올 연료의 이용을 촉진했으며, 그 후 2005년의 에너지 정책법에서 재생 연료 기준을 정하여 에탄올 도입이 의무화되어 생산, 소비가 빠르게 증가하였다. 그 결과 2006년에는 미국이 브라질을 제외하고 세계 최고의 에탄올 생산국이 되었다. 2000년에서 2010년까지의 전 세계 에탄올 생산 증가량은 5배였고, 2000년에서 2020년까지, 2010년에서 2022년까지의 증가율은 각각 6.5, 1.3배였다.

 

바이오 디젤(FAME)은 1990년대 초에 유럽에서 본격적인 생산이 시작되었고, 미국에서는 10년 정도 늦게 시작되었다. 2000년에서 2010년까지의 증가량은 2000년의 생산량이 적어 23배로, 에탄올에 비해 매우 높았다. 2000년에서 2022년, 2010년에서 2022년까지의 증가율은 각각 59, 2.6배였다. HVO는 2000년대에 들어서 본격적으로 생산되기 시작했고, 현재 미국과 유럽에서 SAF까지 포함하여 생산이 이루어지고 있다. 바이오 디젤은 앞으로는 CO2 절감 능력과 지속 가능성을 고려하여, FAME에서 HVO로 점차 전환될 것으로 보인다. 미국에서는 이미 2022년에 HVO의 소비가 FAME의 소비를 처음으로 넘어서면서 그 징후가 보이기 시작했다.

 

<그림1> 전 세계 바이오 연료 생산 추이

 

 

▬ 국가(지역)별 생산/소비량

 

2022년의 국가(지역)별 생산/소비량 비율은 아래 그림과 같다. 에탄올 생산은 미국이 53%로 지리적으로 매우 편중되어 있다. 한편 바이오 디젤인 FAME은 EU가 30%, 인도네시아 23%, 브라질 14%, 미국 13%로 비교적 생산이 분산되어 있다.

인도네시아는 예전에는 유럽에 많은 팜유를 수출했었지만, 열대우림의 벌채로 인한 야자수 농원 확대라는 지속 가능성에 대한 우려로 인해 유럽이 일시적으로 관세를 올려 수출이 격감했다. 그 대책으로, 정부는 국내 수요를 확대하기 위해 자국 내 디젤에 혼합할 것을 의무화했다. 2018년에 B10(10% 혼합)에서 B20으로 바꾸었으며, 2020년에는 B30, 2023년 2월부터는 B35로 혼합률을 올렸다. 그 결과 최근 5년 사이 생산량과 소비량 모두 4배로 증가하였다.

 

바이오 디젤 HVO는 양이 아직 많지 않으며, 신규 진출 및 기존 설비의 증강 등을 통해 큰 변화를 겪고 있다. 2021년에는 EU가 1위였지만, 2022년에는 미국이 44%로 1위가 되었고, EU는 34%로 2위가 되었다. 미국에서는 HVO를 Renewable-Diesel이라 부르며, 최근 몇 년 사이 그 생산 규모가 빠르게 확대되고 있어, 2021/2022년의 증가율은 1.6배였고, 앞으로도 거의 직선을 그리며 증가할 것으로 예상된다. 그 배경에는 정부, 주(州) 수준의 지원과 세계적인 SAF에 대한 관심이 있다.

 

소비량의 비율은 생산량과 비슷하지만, 수출/수입량에는 다소 변화가 있다. 예를 들어 에탄올에서는, 미국이 캐나다/유럽에 수출하고 있기 때문에 비율이 낮아졌고, 바이오 디젤(FAME+HVO)에서는 EU가 권내의 부족한 양을 아르헨티나 또는 동남아시아로부터 수입하고 있어 비율이 5% 정도 올랐다.

 

<그림2> 바이오 연료의 주요 국가(지역)별 생산과 소비

 

▬ 바이오 연료의 원료

 

바이오 연료의 원료는 국가/지역별로 매우 다르며, 각지의 기후와 농업 사정을 반영하고 있다. 에탄올의 원료는, 전 세계적으로 보면 사탕수수 61%, 옥수수 31%로 주요 생산국의 영향이 크다(그림3). 그런데 그림2와 같이 에탄올 생산량에서는 미국이 훨씬 많지만, 무게당 에탄올 수율(收率)이 사탕수수보다 옥수수가 높기 때문에 원료(중량)비에서는 사탕수수가 더 높은 비율읓 차지한다. EU에서는 에탄올의 원료로 사탕무 43%, 옥수수 35%, 밀 16%로 다른 지역과 다른 원료를 이용하고 있는데, EU 내부에서도 국가별로 상황이 다르다.

 

바이오 디젤의 원료는 전 세계적으로는 팜유 31%, 대두유 24%, 폐식용유(UCO) 18%, 유채기름 14%로 에탄올보다는 원료가 분산되어 있다. 생산량이 가장 많은 EU에서는 유채기름 42%, 폐식용유 26%, 팜유 13%로 폐식용유의 비율이 높다. 미국에서는 대두유 47%, 폐식용유 22%, 옥수수기름 13%, 동물 유지 12%로 폐식용유의 비율이 EU만큼 높으며, HVO의 생산이 증가 경향을 보이고 있음을 알 수 있다.

 

최근 몇 년 사이의 변화로는, 에탄올에서는 브라질과 미국의 생산량 경쟁의 영향으로 사탕수수의 비율이 저하되고, 옥수수의 비율이 상승했으며, 또한 EU에서는 밀의 비율이 저하되었다. 바이오 디젤에 있어서는 폐식용유의 비율이 상승하고 대두유의 비율이 낮아졌으며, EU에서는 팜유의 비율이 낮아지고, 미국에서는 대두유의 비율이 낮아졌다. 앞으로 HVO와 SAF의 수요가 상승할 것으로 예측되므로, 폐식용유 등의 원료의 비율이 상승할 것으로 보인다.

 

<그림3> 바이오 연료의 제조 원료 비율(2022년)

 

▬ 바이오 연료 용도에 따른 원료의 비율 : 식료와의 경쟁 우려

 

바이오 연료와 식료의 경쟁을 우려하는 목소리가 있어, 원료의 어느 정도의 비율이 바이오 연료로 이용되는지 분석했다. 그림4와 같이 곡물의 대부분의 비율은 직접 사료로 이용되며, 에탄올 제조 시 부산물도 사료로 이용되기 때문에 전체적으로는 사료 48%, 식료 35%로 에탄올의 발효에는 8%밖에 이용되지 않는다.

옥수수의 에탄올 원료로서의 비율은, 미국에서는 24%로 전 세계 평균인 16%보다 높지만, 사료(63%)에 비하면 훨씬 낮은 수준이다.

밀은 세계적으로는 밀가루 형태로 식용되는 경우가 많으며(68%), 에탄올 원료로서의 비율은 1.2%에 지나지 않는다. 에탄올 원료로 대부분을 사용하는 EU에서도 식료로서 47%, 에탄올 원료로서는 그 비율이 불과 3.3%밖에 안 된다.

사탕수수는 브라질에서는 에탄올 원료용으로 투입되는 양이 50% 전후로서 판매 가격에 따라 어느 정도 좌우된다. 짜고 남은 찌꺼기는 열원으로 이용되며, 미래에는 셀룰로오스 에탄올의 원료가 될 것으로 기대된다. 에탄올 원료로서의 비율은 찌꺼기가 열원으로 이용되는 것을 고려하면 결국 브라질에서는 전 세계 평균인 16%보다는 높아도 아직 39%다.

 

식물유는 씨의 종자 및 야자수에서 짜낸 기름으로서, 제조 시 부산물도 야자수 외에는 사료로 이용된다. 식물유에 투입되는 종자의 60%는 대두이며, 유채씨, 해바라기 10%, 목화씨 7%로 큰 차이가 있다. 종자의 용도 비율을 보면, 74%가 사료(짜고 남은 찌꺼기)이며, 17%는 식료, 바이오 디젤로는 3.3%이다.

그리고 식물유의 용도를 보면 65%가 식료이고, 바이오 디젤로는 16%가 이용된다. 대두는 5%가 직접 식료로, 90%가 식물유로 이용되며, 투입량의 80%가 짜고 남은 찌꺼기를 사료로 이용하기 때문에, 정확한 비율을 따지자면 사료 76%, 식료 20%, 바이오 디젤 2%가 된다.

바이오 디젤의 원료로 많이 이용되는 미국에서도 바이오 디젤의 비율은 9%밖에 되지 않는다. 바이오 디젤을 가장 많이 생산하는 EU에서는 식물유 전체의 42%가 바이오 디젤용으로 이용되며, 식료는 45%로 수치가 거의 비슷하다.

 

지금까지 바이오 연료의 원료인 곡물과 종자 등의 용도별 이용 비율을 살펴봤다. 일부 비율이 아주 높은 것도 있지만, 전체적으로는 바이오 연료로 이용되고 있는 비율은 적은 편이며, 식료와의 경쟁을 우려할 상황도 아니라 할 수 있다. 또한 바이오 연료를 제조할 때 만들어지는 부산물은 사료로 이용되고 있어, 바이오 연료의 제조를 그만두면 다른 경로의 사료를 늘려야 하기 때문에 단순히 바이오 연료를 그만둔다고 해서 식료의 비율이 증가하는 것도 아니다.

 

<그림4> 각종 원료의 용도별 소비 비율(2022년)

 

전 세계의 경지 면적은 육지의 약 10%이며, 그중 불과 8%(2021, 2018년 : 7%)가 바이오 연료용 원료로 사용되고 있을 뿐이다. 국가별로 보면 비율이 큰 국가도 있으며, 미래에 바이오 연료의 소비가 증가하게 된다면 식료와의 경쟁을 우려하여 원료를 재검토할 필요가 있을지도 모르지만, 그보다는 오히려 개발도상국의 경제 성장으로 인해 식육 문화로 전환됨에 따른 식료 수요 증가가 중요한 과제가 될 것으로 보인다.

 

 

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