합성경유

아우디가 2015년 생산한 합성 디젤 연료‘e디젤’

합성경유(synthetic diesel)는 화학 반응 및 공정을 통해서 탄소를 함유하고 있는 물질들인 바이오 매스, 바이오 가스, 천연가스, 석탄 등 연료 등 액체 디젤 연료로 재구성하여 만든 대체 연료이다. 합성디젤유라고도 한다. 원료들은 우선 합성 가스(syngas)로 변환되고, 정제 후에 피셔-트롭시(Fischer-Tropsch) 공정에 의해 합성경유로 전환된다. 석유 원료에서 분리되는 파라핀계 원료 이용하여 만든 합성 경유는 일반적으로 유황 함량이 거의 없고, 방향족 함량도 매우 낮아 독성 탄화수소, 질소 산화물 및 미세먼지의 배출이 적은 것으로 알려져 있다.

자동차 제조업체 아우디에서 수력 발전으로 생산한 전기를 이용하여 물로 경유를 만든다고 한다. 수소를 공기 중 이산화탄소와 한 데 모아 고압을 가하면 일산화탄소, 수소, 물을 얻게 되는데 일산화탄소를 수소와 반응시키면 실제 원유와 구조가 거의 비슷한 탄화수소 화합물이 만들어지는데 마지막 '처리' 단계에서 이를 경유로 만든다. 실제 원유가 아니기 때문에 자연히 유황이나 납 등의 오염물질도 배출되지 않는다고 주장한다.

개요

디젤 연료 및 기타 석유 제품은 전통적으로 원유를 정제하여 제조된다. 그러나 다양한 탄소 함유 공급 원료로부터 합성적으로 생산될 수 있다. 일반적인 공급원료는 천연가스이지만 합성연료는 석탄이나 바이오매스와 같은 액체 디젤 연료로 생산할 수 있다. 일부 재생 가능 연료 시나리오에서는 굴뚝 가스에서 포착하거나 주변 공기에서 분리된 CO₂ 및 전기 에너지를 사용하여 합성 연료를 생산할 수도 있다.

석유를 포함한 액체 연료가 안고 있는 문제의 잠재적인 해법은 합성연료다. 석탄으로 휘발유를 만들 수 있다. 이것을 석탄액화 CTL (Coal to liquids)라고 부른다. 또한 합성연료는 천연가스로도 만을 수 있다. 이것은 GTL(Gas To Liquid)이라고 부른다. GTL 연료는 FT(Fischer-Tropsch) 화학반응 공정을 사용하여 천연가스, 석탄 및 바이오매스로부터 생산할 수 있다. 생산된 액체는 나프타, 디젤 및 화학원료 등으로 사용할 수 있다. 얻어진 GTL 디젤은 기존의 디젤 연료와 섞어 기존의 디젤엔진에서 사용할 수 있다.

최초이자 가장 잘 알려진 합성 연료 기술은 1920년대 독일에서 개발된 피셔-트롭시(Fischer-Tropsch, FT) 공정이다. 1930년대와 1940년대의 나치 독일 그리고 남아프리카 공화국의 인종 분리 시대에 효과적으로 사용되었다. 이런 국가들 모두 석탄이 풍부했지만 휘발유 또는 디젤 연료를 구할 수 없었다.

합성연료를 만들지 않는 가장 중요한 이유는 합성연료의 제조비용이다. 그 비용은 배럴당 60달러인데 지금의 석유 가격이 비싸더라도 투자자는 합성연료 공장을 운용한 뒤에 오펙이 석유가격을 하락 시켜 파산할까 봐 두려워하는 것이다. 오펙의 증산으로 인해 합성연료의 가격이 뚝 떨어지는 것을 방지하는 유일한 방법은 수요를 충족시키지 않는 것뿐이며, 만약 우리가 불황에 빠지지 않는다면, 그 시점은 지금일 수도 있다. 중국과 인도 그리고 석유가 부족한 개발도산국의 지속적인 성장은 생산 용량을 한계치까지 끌어올렸다. 바로 이 때문에 석유 가격이 높은 것이고, 그래서 가까운 미래에도 석유 가격을 비슷하게, 60달러를 크게 넘어서지 않는 범위 안에서 유지할 것이다.

하지만 GTL 연료의 생산비가 낮아짐에 따라 디젤엔진 연료의 대체 수요가 점차 증가하고 있다. 이에 따라 1990년 대 후반부터 세계의 유력한 석유회사인 ARCO, BP, CONOCO, Phillips, ExxonMobil, Statoil, Sasol Chevron, Shell 및 Texaco 등은 GTL 생산 공장의 건설을 발표하고 있다. 특히 수송 분야에 사용되는 GTL 연료는 실질적으로 황과 방향족이 없는 청결한 연료이며 세탄가가 높다. 세탄가는 연료 연소의 질적 수준에 대한 측정도이며 세탄가가 높으면 완전한 연소를 얻을 수 있다. GTL 연료의 세탄가는 75～80의 범위에 있으며, 기존의 디젤연료의 세탄가는 45～50의 범위이다.

특징

• 합성 연료는 기존 엔진과 호환되므로 엔진 개조가 필요하지 않다.
• 합성 연료는 기존 디젤과 호환된다(비슷한 에너지 밀도, 석유 디젤과 혼합 가능, 기존 석유 기반 시설에서 액체로 운송 가능).
• 연료는 엔진 성능과 배기 가스 모두에 대해 매우 우수한 특성을 갖도록 설계할 수 있다.
• 합성 연료는 순수하게 사용하거나 귀중한 혼합 원료로 사용하여 석유 연료의 특성을 개선할 수 있다.
• 황 함량은 실질적으로 0이므로 합성 연료는 NOx 흡착기 또는 촉매 미립자 필터와 같은 다양한 황에 민감한 배기 가스 후처리 기술과 호환된다 .

참고자료

• 〈경유〉, 《네이버 지식백과》
• 〈경유〉, 《나무위키》
• W. Addy Majewski, "Synthetic Diesel Fuel", DieselNet, 2020-03

같이 보기

• 경유
• 바이오 가스
• 바이오 매스
• 석탄
• 천연가스

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