바이오디젤

바이오디젤(bio diesel)은 동물성 유지 및 식물성 유지를 메탄올과 반응시켜 생산한 친환경 수송 연료로 기존의 경유 차량 엔진의 설비 변경 없이 사용할 수 있다. 폐식용유 재활용을 통한 수질 개선 및 대기오염물질 배출이 없는 친환경 신재생에너지로 바이오에탄올과 함께 가장 널리 사용된다.

개요

바이오디젤은 바이오에탄올과 함께 가장 널리 사용되는 바이오 연료이다. 콩기름, 유채기를, 폐식물기름, 해조유 따위의 식물성 기름이나 소, 돼지 등의 동물성 지방을 원료로 하여 만든 무공해 연료를 통틀어 일컫는다. 주로 경유를 사용하는 디젤 자동차의 경유 첨가제 또는 그 자체로 차량 연료로 사용된다. 보통 메탄올을 이용해 3가의 지방산에 글리세롤이 결합한 트라이글리세라이드로부터 글리세롤을 분리한 다음, 지방산에스터를 만들어 내는 에스테르 교환 방법을 통하여 만든다.

등장배경

2002년 월드컵 개최에 따른 대기 질 및 환경 개선을 위한 정책으로 시작되어 2007년 혼합율 0.5%로 2010년부터 2.0% 의무 혼합 후 2015년 7월 30일까지 유지가 되었다. 2015년 7월 31일부터 수송용 연료 의무혼합제도 법령을 발효하였다. 신재생 연료 의무혼합제도(RFS)는 의무대상자가 자신이 공급하는 수송 연료의 일정 비율을 신재생 에너지 연료로 혼합하여 공급도록 의무화하는 제도이다.

특징

생성 과정

메탄올을 이용하는 에스테르 교환 방법에도 알칼리를 촉매로 이용하는 방법, 리파아제 지방분해효소 또는 초임계 메탄올을 이용하는 방법 등 여러 가지가 있지만, 알칼리 촉매법이 가장 일반화되어 있는데, 바이오 연료의 필요성이 급증하면서 바이오디젤을 개발하기 위한 기술도 다양화하고 있다. 바이오 디젤 사용에 따른 전주기 분석에 의하면 바이오 디젤 1㎏ 사용 시 경유보다 2.2㎏ 씨오투이(CO2e)의 이산화탄소 배출 절감 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 동/식물성 기름에 알코올과 촉매를 넣고 반응시키면 바이오 디젤이 만들어진다. 모든 종류의 알코올이 사용할 수 있지만 가장 가격이 저렴한 메탄올을 주로 사용하며, 따라서 생산된 알킬에스터도 메틸에스터라고 한다. 반응에 의해 생산된 바이오 디젤은 글리세린 분리와 정제 과정을 거친 후 정유사 또는 주유소에 보내져 경유와 혼합해서 사용하거나 또는 순수 바이오 디젤만으로도 사용이 가능하다.

장점

바이오디젤은 신재생 에너지의 바이오중유로, 자동차에서 뿜어져 나오는 매연을 저감시킬 수 있다는 큰 장점이 있다. 전 주기에서 볼 때 이산화탄소의 산출량이 아주 낮아 BD100의 경우에는 일산화탄소(CO) -50%, 총미연소탄화수소(THC) -93%, 분진(PM) -30%, 황산화물(SOx) -100%, 오존발생잠재도(OFP) -50%, 발암성 방향족 화합물(PAH) -80%, 질화 발암성 화합물(nPAH) -90% 등으로 경유보다 훨씬 적게 배출된다. 대두유 생산국인 미국의 경우에는 바이오디젤을 생산하는데 소요되는 비용이 화석연료를 생산하는데 드는 비용의 31%에 불과하다. 국내에서는 식물성 연료를 대량으로 생산하지는 않지만, 이미 사용된 식용유를 수거하여 사용할 경우에는 해외에서 수입하는 화석연료보다 저렴한 가격에 바이오디젤을 생산할 수 있다는 장점이 있다. 바이오디젤은 기존 경유차량에 별도의 차량 구조변경 없이 사용할 수 있다. 기존의 경유 차량에 주유만 하면 되어 별도의 혼합 장치 없이 자동으로 경유와 섞을 수 있다. 또한, 바이오디젤은 청정연료이기 때문에 차량의 장기사용에 오히려 도움이 된다. 기존의 경유 차량에 BD50 이상의 바이오디젤을 연료로 사용할 경우에, 이 바이오디젤은 용제의 역할을 하게 되어 기존의 참전물을 연료탱크와 연료펌프 및 연료호스부터 제거한다. 또한, 경유보다 더욱더 윤활성이 좋아 엔진의 수명을 연장시킬 수 있다는 장점도 있다.

단점

바이오디젤은 석유보다 환경친화적이고, 지속 생산이 가능하다는 점에서 호의적인 평가를 얻고 있지만, 바이오 연료가 자칫 석유의 모든 단점을 극복하고 해결하는 구원의 연료로 과대하게 포장되는 것은 경계하여야 할 것입니다. 바이오디젤의 제조원가는 경유보다 비싸므로 바이오 연료는 국제 유가가 50달러 이상일 경우에야 경제성이 있다고 분석한다. 바이오디젤이 경유보다 가격 경쟁력이 있는 것은 부가세를 제외한 세금이 부과되지 않고 원료로 쓰이는 콩을 전량 수입에 의존하고 있는바, 수입원유를 대체하는 연료라는 말이 무색하며, 수입 원료로 만든 연료에 세금을 부과하지 않는 형평성의 문제점을 안고 있다. 또한 품질상으로 아직 완전한 검증이 이뤄지지 않은 상태이고 순수 경유보다 연비가 약 4~5% 정도 떨어지는 외에 운행 중 시동꺼짐현상이 아직 해결되지 않고 있다. 바이오디젤은 애초 인라인 연료 분사펌프를 쓰는 버스나 트럭, 건설기계 등에 보급됐으나 일반 경유차로 보급이 확대되자 커먼레일 엔진 차량 가운데 운행 중 시동이 꺼짐 현상이 보고되고 있다. 더불어 저온 유동성이 열악해 동절기에 경유보다 쉽게 얼고 생산공정의 부산물인 글리세린이 엔진을 마모시킬 수 있습니다.

보급량

국외

폐식용유를 원료로 바이오디젤을 생산하는 기술은 오스트리아에서 세계 최초로 상용화하였으며 이후 우리나라를 포함한 여러 나라에서 실제 사용하고 있다. 오스트리아의 그라츠시에서는 세계에서 유일하게 가정에서 배출되는 폐식용유를 수거하여 바이오 디젤 원료로 활용하고 있다. 생산된 바이오 디젤은 그라츠시에서 운행하는 시내버스 연료로 사용되고 있다. 독성이 있어 식용으로 활용이 어려운 다양한 유지식물 중에서 바이오 디젤 생산 목적에 적합한 식물 종을 찾기 위한 연구도 전 세계적으로 활발하게 진행되고 자트로파를 유망 후보로 인식하고 국내/외 많은 바이오디젤 기업들이 대규모 재배에 대한 타당성을 검토 중이다. 바이오디젤은 디젤 차량이 많이 보급된 유럽 지역을 중심으로 생산되고 있으며 독일이 최대 생산 국가다. 원료로 사용된 식물성 기름에 따라 생산된 바이오 디젤의 물성이 달라지므로 바이오 디젤의 물성 향상에 대한 기술 개발 및 연료 품질 기준의 제정이 필요하다. EU와 미국은 차량업체와 공동 작업을 통해 각국의 실정에 맞는 바이오 디젤의 품질 기준을 확립한 바 있다.

국가	독일	프랑스	미국	대한민국
보급량, 103 Kl/년	2,890	872	1,620	100
활용 형태	BD100, BD5	BD5	BD20	BD20, BD5

국내

국내에서도 수도권의 대기 오염이 심각해짐에 따라 환경부에서는 경유 차량에 의한 환경 오염을 줄일 수 있는 대체 연료의 보급 방안을 검토했다. 2002년 환경부와 산업자원부에서는 바이오디젤을 경유에 20% 혼합하면 일반 경우보다 환경 오염물질 배출이 30%~40% 줄어들 뿐만 아니라 기존 차량에도 직접 사용이 가능하다는 점을 인지하였다. 바이오디젤을 대체에너지에 포함해 경유에 부과되는 특소세가 면제되도록 했고 바이오디젤 혼합 연료의 일반 차량에 대한 장기 안정성을 테스트하기 위해 수도권과 전라남북도를 시범 보급 지역으로 지정하였으며 동 지역 소재의 주유소 140여 개를 지정하여 일반 차량에 대해 바이오 디젤 혼합 연료를 판매할 수 있도록 하여 2006년 6월까지 시범 보급을 했다. 시범 보급 과정에서 나타난 문제점을 보완하기 위해 2006년 7월부터 바이오 디젤 유통 구조를 일반 주유소에서 판매하는 바이오 디젤 5% 이하 혼합 경유인 BD5와 운수업체 등 제한된 사업장에서 사용하는 BD20으로 이원화했다. 또한 BD5의 경우 바이오디젤 업체가 정유사에 판매하고 정유사가 경유와 혼합하여 전국 주유소에 보급도록 조정하며 초기 국내 바이오디젤 업체의 생산 능력을 고려하여 BD5의 바이오디젤 함량을 0.5%로 정하였고 매년 0.5%씩 높여 2012년에는 BD5의 바이오디젤 함량이 3%가 되도록 결정했다. BD20은 바이오디젤 업체들이 정유사로부터 경유를 구입하여 직접 제조, 수요처에 판매하도록 함으로써 바이오디젤 혼합 연료의 사용에 따른 문제 발생 시 책임 소재를 명확히 했다.

연도	2006년	2007년	2008년	2009년	2010년	2011년	2012년
보급 양(kL)	10만	10만	20만	30만	40만	50만	60만
바이오디젤 혼합율(%)	0.5	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0

기대효과

바이오디젤에 대한 기대효과는 환경개선 효과로 토양 및 해상 유출 시 3주 이내 90% 이상 생분해가 가능하여 오염을 방지하고 경유 1 Kl을 바이오디젤로 대체 시, 2.59T의 이산화탄소를 저감한다. 발암성 방향족화합물 배출이 거의 없고 황산화물 배출이 없으며 폐식용유 재활용을 통한 수질 개선이 가능하다. BD 원료로 사용되는 폐식용유 재활용은 매년 29억T 소양강 댐 저수 규모의 21개 이상의 수질을 개선할 수 있다. 더불어 국산 에너지 확보 효과가 있어 국내 폐자원인 폐식용유, 동물성 기름을 재활용할 수 있고 국내 휴경지에 유채 및 해바라기 재배를 통한 원료 공급이 가능하여 작물 재배를 통한 경관 활용으로 농가 소득 증가 기대를 할 수 있다. 마지막으로 경제적 효과로 연료 내 10% 산소 함유로 완전연소 유도가 가능하고 바이오디젤 플랜트 수출 및 해외 팜 오일 농장 개발과 신재생에너지 선도국인 유럽, 미국 등지로 수출이 가능하다. 더불어 경유 차량의 기존 엔진을 그대로 적용할 수 있고 바이오디젤 보급 이후, 전국의 폐식용유 수거 체계를 완벽하게 구축할 수 있다.

활용

에스케이케미칼㈜

에스케이케미칼㈜(SK Chemicals)이 바이오디젤 분야에서 미래 성장 동력 확보에 나섰다. 에스케이케미칼㈜은 2019년 처음으로 수출에 뛰어들면서 한국의 바이오디젤 수출금액은 2018년보다 세 배가량 늘었다. 식물성 기름인 팜 오일 등에 첨가제를 섞어 제조하는 바이오디젤은 디젤과 같은 성능을 내면서도 오염물질을 적게 배출한다. 업계에 따르면 에스케이케미칼㈜은 2019년 7월까지 2만T가량의 바이오디젤을 수출했다. 연간으로는 3만T 정도를 수출할 것으로 회사 측은 보고 있다. 한국무역협회가 집계한 2019년 7월까지 한국 기업의 바이오디젤 수출은 6만 2,911t, 금액으로는 5,769만 달러 약 700억 원으로 집계됐다. 에스케이케미칼㈜의 참여 등으로 2018년 같은 기간보다 금액 기준으로 213.3% 늘었다. 국내에서 바이오디젤을 생산하는 기업은 에스케이케미칼㈜ 외에 지에스바이오㈜(GS Bio), 애경유화㈜(AEKYUNG Petrochemical), ㈜단석산업(Dansuk), 제이씨케미칼㈜(JC Chemical) 등 일곱 곳이다. 연간 국내 수요는 70만t 안팎으로 에스케이케미칼㈜은 2007년 울산에 연산 4만t 규모의 공장을 짓고 이 사업에 뛰어들었다. 2018년 5월 연산 20만t 규모로 증설하고 2019년 수출도 시작했다. 에스케이케미칼㈜ 관계자는 “북미와 유럽 등 주요 수출 시장에서 바이오디젤 수요가 많아 수익성이 높다”고 말했다.

제이씨케미칼㈜

바이오디젤 수출과 국내 바이오디젤 업체 중 최초로 해외 팜 농장을 개발하고 있는 '창의', '도전', '변화'를 경영이념으로 삼고 있는 제이씨케미칼㈜의 바이오디젤 공장은 연속식 제조공정을 통한 바이오디젤 생산으로 경제성을 극대화를 위해 효율적인 에너지 관리시스템, 전 과정 자동화를 통한 저비용 고품질의 바이오디젤 양산체제를 구축하고 있다. 제이씨케미칼㈜은 바이오디젤 생산에서 가장 핵심적인 요소인 전환율 향상을 위한 글리세린의 효율적 분리기술을 적용하여 이는 역반응 현상을 최소화하는 공정으로 특허등록 기술이다. 또한 아이에스씨씨(ISCC) 인증 및 미국 환경청(EPA)에도 등록돼 친환경 바이오디젤을 생산하는 업체로 중요한 자리매김을 하고 있다. 제이씨케미칼㈜는 주로 국내에서 배출되는 폐식용유를 이용한 바이오디젤을 생산하여 연간 생산능력 12만㎘를 정유사에 판매하고 있다. 정유사에서 바이오디젤을 혼합한 경유는 전국의 주유소로 공급되어 판매되고 있으나 아직 많은 소비자는 이러한 사실을 모르고 있는 것이 사실이다. 이런 최종 소비자에 대한 인식을 변화시키기 위해 바이오디젤 생산업체가 회원사로 구성된 한국바이오에너지협회는 조만간 바이오디젤의 친환경성에 대한 광고와 홍보를 강화할 계획이다. 제이씨케미칼㈜은 바이오디젤을 국내 판매뿐만 아니라 수출도 하고 있다. 2013년부터 미국, 유럽 등지로 바이오디젤 2만 4000 KL을 수출을 시작으로 바이오디젤 해외시장 개척을 위해 노력하고 있다.

최근현황

유전자 가위 이용

2020년 10월 13일, 국내 연구진이 유전자 가위를 이용해 바이오디젤 원료를 만드는 미생물 능력을 향상했다. 연구진은 유전자 가위를 사용한 미생물을 이용하면 기존 미생물보다 2배의 생산수율을 올릴 수 있다고 설명했다. 카이스트(KIST)은 청정에너지연구센터 이선미 박사팀이 목질계 바이오매스로 바이오디젤 원료를 생산할 수 있는 신규 미생물을 개발했다. 이선미 박사는 "이 연구는 바이오디젤 생산의 경제성을 높일 수 있는 핵심기술을 확보한 것"이라고 말했다. 목질계 바이오매스는 농업부산물, 폐지, 택배 박스 등으로 경제적이고 지속가능한 원료로 미생물 대사과정을 거치는 하는 동안 친환경 수송용 연료로 전환될 수 있다. 연구진이 새로 개발한 미생물은 바이오매스에 포함된 당 100g으로 바이오디젤 원료 11g을 생산했다. 기존에 사용하는 미생물로는 6g을 생산해 생산수율을 2배로 끌어올렸다. 원인은 바이오매스에 포함된 포도당뿐만 아니라 목당이라 불리는 자일로스까지 이용할 수 있게 됐기 때문이다. 이 미생물은 목질계 바이오매스에 포함된 당 성분을 먹이로 해 대사하는 과정에서 바이오디젤 원료를 생산한다. 목질계 바이오매스에 포함된 당은 일반적으로 약 65%~70%의 포도당과 약 30%~35%의 자일로스로 이뤄져 있다. 자연계에 존재하는 미생물들은 포도당으로 바이오디젤 원료를 만들지만, 자일로스는 이용할 수 없어 디젤원료 생산 수율을 높이는 데 한계가 있다. 유전자 가위를 이용해 미생물의 대사경로를 재설계했다. 미생물이 디젤 원료를 생산하는데 필수적인 보조효소의 공급을 방해하지 않도록 하기 위함이다. 그중에서 능력이 우수한 개체만을 선택해 재배양하는 방식 등 진화의 과정을 실험실에서 효과적으로 통제하는 공법을 통해 자일로스http://hash.kr/trade/index_detail.htm?fromsymbol=DCR/KRW&type=m 이용능력을 향상했다. 연구진은 목질계 바이오매스의 자일로스를 포함한 당 성분을 모두 사용해 디젤 원료를 생산할 수 있는 가능성을 확인했다. 이선미 박사는 "가장 빠르고 효과적으로 기후변화에 대응할 수 있는 바이오 연료 보급 확대가 이뤄진다면 관련 산업 확대 및 기술 개발이 더욱 속도를 낼 수 있을 것으로 기대한다"라고 말했다.

논란

정유업계 수익성 악화

정부가 2021년 하반기부터 경유의 바이오디젤 의무 혼합 비율을 상향 조정키로 하면서 정유업계가 수익성 악화를 걱정하고 있다. 일반적으로 바이오디젤은 경유보다 가격이 2배가량 비싸기 때문에 혼합 비율 상향은 경윳값 상승 요인이 된다. 하지만 정유업계에서는 “친환경 자동차 확산으로 안 그래도 경유 수요가 위축되는 마당에 원가 상승을 마냥 판매 가격에 전가하기가 쉽지 않다”라는 볼멘소리가 나온다. 바이오디젤 원재료 추가 조달을 전량 수입에 의존해야 한다는 점도 부작용으로 지적된다. 업계에 따르면 산업통상자원부는 2021년 2월 초 신재생에너지법 시행령 개정안을 입법 예고하고 개정안은 현행 3%인 경유의 바이오디젤 의무 혼합 비율을 2021년 7월 3.5%로 상향 조정하고, 2030년까지 단계적으로 5%로 올리도록 하고 있다. 혼합 비율을 5%까지 올려도 자동차 성능에 영향이 없을 뿐 아니라 신재생 에너지 시장 규모를 키워 국민 경제 전체에 도움이 된다는 게 정부 설명이다. 정유업계에 따르면 현행 3% 비율일 때 바이오디젤 혼합 총량은 연간 7억5,000만 리터로 추산된다. 문제는 원재료 수급으로 바이오디젤 주 원재료인 팜 부산물은 연간 33만 톤 이상을 말레이시아와 인도네시아 등 수입하고 있다. 또 다른 원재료인 폐식용유는 국내 치킨집 등에서 연간 16만 1,000톤씩 조달하고 있지만, 물량이 부족해 5,400t을 수입하고 있다. 팜 오일은 10만 톤 가까이 전량 수입에 의존하고 있고 국제 가격이 오르고 있다. 업계의 한 관계자는 “바이오디젤 생산을 늘리기 위해서는 사실상 전량을 수입을 늘려 조달해야 한다”며 “온실가스 배출량을 줄이겠다는 취지는 좋지만, 결국 남 좋은 일만 하는 꼴”이라고 지적했다. 정유업계는 수익성 악화를 우려하고 있으며 바이오디젤은 경유 가격보다 일반적으로 2배가량 비싸기 때문에 경유 가격 상승을 초래할 수밖에 없다. 하지만 경유 수요가 위축되고 있는 상황에서 가격 인상은 수요 위축에 기름을 부을 수 있다고 보고 있다. 수익성이 악화해도 바이오디젤 혼합 비율을 늘릴 수밖에 없는 셈이다. 업계는 바이오디젤 의무 혼합 비율 상향으로 국민 부담이 2030년까지 2,500억 원가량 늘어날 것으로 보고 있다.

참고자료

• 〈바이오디젤〉, 《네이버 지식백과》
• 한국바이오에너지협회 공식 홈페이지 - http://www.kbea.or.kr/front/site/main.php
• 〈바이오 디젤 기술과 현황〉, 《네이버 지식백과》
• 대한석유협회 - http://www.petroleum.or.kr/ko/
• 강현우 기자, 〈바이오디젤 키우는 SK케미칼〉, 《한국경제》, 2019-09-03
• 이진수 기자, 〈바이오디젤·중유 명가 제이씨케미칼〉, 《에너지데일리》, 2017-09-18
• 김만기 기자, 〈유전자가위로 바이오디젤 만드는 미생물 능력 ↑〉, 《파이낸셜뉴스》, 2020-10-13
• 한재영 기자, 〈이미 적자 늪인데···정유사, 바이오디젤에 또 한숨〉, 《서울경제》, 2021-02-18
• mercy, 〈바이오디젤의 장점〉, 《다음 블로그》, 2010-04-22

같이 보기

• 바이오
• 경유
• 자동차
• 에스케이케미칼㈜
• 제이씨케미칼㈜

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