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자동차/로봇 탈석유를 위한 자동차의 에너지 대응 - 바이오/수소연료로의 전환

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2021-06-19 23:14:00
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○ 다음 그림은 탈 화석연료화에 따른 각종 클린 연료ㆍ에너지의 기존 엔진자동차, 차세대차에서의 활용법을 나타낸 것이다. 에너지 다양화를 위해서는 인프라, 비용, CO₂ 포집 및 저장(CCS: CO₂ Capture & Storage) 등 해결해야 할 과제가 많이 존재하는 가운데, 바이오/전기/수소의 활용이 향후 열쇠가 될 것이다. 특히 바이오/수소연료는 엔진차량에 사용하여 CO₂ Free도 실현할 수 있다.

 

<그림1> 자동차용 연료 및 에너지 다양화

자료 : 국제에너지기구(IEA)

 

○ 기존, 발전 분야에서는 에너지의 다양화를 진행해 왔다. 운수 분야에서도, 석유계통 연료 의존에서 천연가스, 카본 뉴트럴(Carbon Neutral; 탄소중립) 연료(에탄올, 바이오디젤), 카본프리 연료(수소), 전기에너지로 전환하는 것이 급선무가 되고 있다.

 

- 수소는 FCEV뿐만 아니라 엔진차량의 연료로도 사용할 수 있으며 모든 산업의 클린 에너지로 활용하는 것이 가능하다. 전력 분야에서도 2020년 이후에는 석탄 등의 화석연료 사용이 피크아웃하기 때문에 재생가능에너지, 바이오연료로 전환할 필요가 있다.

 

- 당분간 전기자동차는 Well to Wheel(WtW; 제조에서 주행까지의 과정)에서 가솔린 HV보다도 CO₂ 배출량이 많은 것으로 나타나지만, 대도시에서의 대기오염 대책 수단으로서 도입하는 것이 불가피해 보인다.

 

- 재생가능에너지(풍력, 태양광 등)에 의한 발전은 안정적이지 않아 저장이 필요하지만 수소로 변환해 두면 저장뿐만 아니라 전지보다 더 쉽게 수송 가능하기 때문에 업계의 이목이 집중되고 있다.

 

○ 향후 엔진자동차, 차세대차의 기술개발을 추진하는 것과 병행하여, 석유계통 연료를 대신할 천연가스, 바이오연료, 수소, 전기로의 전환을 지금부터 급속히 진행시켜 나갈 필요가 있다.

 

○ 다음 그림은 각종 연료의 부피당 에너지 밀도의 비교를 나타낸 것이다. 휘발유를 기준으로 비교하면 이동체로서 자동차에 최적인 연료는 액체연료이지만, 액체연료 안에 에탄올은 발열량이 적기 때문에 에너지 밀도는 40% 정도 떨어진다.

 

<그림2> 각종 연료의 체적 에너지 밀도

자료 : 국제에너지기구(IEA)

 

- 천연가스, 수소 등의 내연기관으로 적용하는 것에 있어서는 항속거리의 문제에서부터 액화 등의 기술개발도 향후 필요하게 된다. 전지에 관해서는 중량당 에너지 밀도로 고찰하는 것이 타당하기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.

 

○ 다음 그림에서는 각종 연료별 자동차의 WtW(Well to Wheel) CO₂ 배출량을 정리하여 나타내고 있다. 연료의 제조ㆍ수송 시에 발생하는 CO₂ 배출량을 Well to Tank(WtT) CO₂ 배출량, 자동차가 주행 중에 발생하는 CO₂ 배출량을 Tank to Wheel(TtW) CO₂ 배출량, 그것들을 합한 것을 WtW CO₂ 배출량으로 정의한다. 자동차에 의해 사용하는 연료 혹은 에너지가 변환될 경우, CO₂ 배출량은 WtW에서 비교 검토할 필요가 있다.

 

<그림3> 각종 연료별 자동차의 Well to Wheel

자료 : 국제에너지기구(IEA)

 

○ 가솔린차와 비교해 HV는 50%, 디젤차는 75%정도의 CO₂가 배출된다. 바이오에탄올(사탕수수)을 사용하는 SI엔진차량에서는 20%정도가 배출된다.

 

- 바이오연료는 성장과정에서 CO₂를 흡수하기 때문에 카본 뉴트럴 연료라고 불린다. 다만, 바이오연료를 제조하는 과정에서 에너지를 사용할 때에 발생하는 CO₂ 배출량이 카운트되기 때문에 100% 저감은 되지 않는다.

 

- 앞으로는 바이오연료 제조시의 CO₂ 배출량 저감에 대한 검토가 필요하게 될 것이다. 수소에 관해서도 재생가능에너지로 발전한 전기에 의해 제조되는 것으로 이루어져야만 한다.

 

○ 바이오연료는 탈 석유연료로서 엔진차량으로의 전개 확대가 비교적 빠를 것으로 상정된다. 또 바이오연료의 활용은 온난화에 대응하기 위한 CO₂ 감소에 기여하면서 새로운 산업의 일자리 창출로도 연결될 것으로 보인다.

 

○ 미국의 신재생연료 의무혼합제도(RPS: Renewable Fuel Standard)는 2005년부터 시작되었다. 바이오연료로의 전환이 현실화된 계기는 2010년 전후의 오일피크 보도로 시작된다. 그 후, 미국에서는 셰일오일, 가스 채굴이 채산성에 맞는다는 점에서 바이오연료의 생산은 한계점에 이르게 되었다.

 

- 그렇지만, 현재 상황은 오일피크 보도가 있었던 당시 상황과는 다르다. 환경보호 및 COP21 대응의 관점에서 앞으로는 석유를 채굴할 수 있다고 해도 바이오연료로의 전환을 신속히 추진하는 것이 요구되게 된다. 석유는 매장되어 있어도 사용할 수 없는 것이 된다.

 

○ 바이오연료에는 가솔린 연료를 대체하는 바이오에탄올(직접 혼합과 ETBE로 변환해 혼합)과 경유 연료를 대체하는 바이오디젤(지방산 메틸에스테르(FAME: Fatty Acid Methyl Esters)) 및 산화열화가 적은 수소화 식물유(HVO: Hydrotreated Vegetable Oil)가 있다.

 

- 전 세계의 바이오연료 연간생산량은 2015년 시점에 1.6억㎘(1.2억톤)로, 이것은 자동차의 연간석유소비량인 20.3억톤의 약 6%에 해당하는 양이다. 바이오에탄올은 80%, 바이오디젤은 20%의 비율을 차지하고 있다.

 

<그림4> 바이오에탄올 생산실적(백만kl)과 향후 전망

자료 : 국제에너지기구(IEA)

 

○ 위 그림은 에탄올 연료의 세계 생산실적(~2015년)과 생산 예측(2020년~)을 나타낸 것이다. 미국과 브라질의 합계가 약 70%를 차지하고 있다. 2040년에 앞서 엔진차량용으로 6억톤 정도의 바이오연료를 활용하는 검토가 필요하게 된다.

 

 

 

[2021 국내외 전기차(EV)ㆍ수소연료전지차(FCEV) 시장ㆍ사업화 전망과 핵심기술 개발전략] 보고서 상세보기
 
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