바이오디젤
바이오디젤이란?
식물성 유지, 동물성 지방을 메탄올과 주로 화학적 방법으로 제조된 지방산에틸에스테르로서 자동차용 경유에 혼합하여 사용하기에 충분한 성능을 가진 석유대체연료*이며, 바이오에너지**임.
* 석유제품 연소 설비의 근본적인 구조 변경 없이 석유제품을 대체하여 사용할 수 있는 연료(석유사업법 제2조제11호)
** 생물자원을 변환시켜 이용하는 바이오에너지로서 대통령령으로 정하는 기준 및 범위에 해당하는 에너지 (신재생에너지법 제2조)
국내 바이오디젤은 국산 폐식용유와 수입산 팜부산물 등을 사용하여 석유대체연료의 적정한 품질을 확보하기 위하여 품질기준*에 따라 생산하여 자동차용 경유에 2~5% 함량 내에서 의무혼합 보급 중에 있음.
* 석유대체연료의 품질기준과 검사방법 및 검사수수료에 관한 고시(석유사업법)
** 석유제품의 품질기준과 검사방법 및 검사수수료에 관한 고시(석유사업법)
원료현황
- 경유 대체연료인 바이오디젤은 다양한 원료를 이용하여 생산할 수 있으며 지역적, 환경적, 사회적 여건에 따라 알맞은 원료를 선택하여 생산 단가를 낮추고 있음.
- 일반적으로 바이오디젤 원료를 다음의 4가지 그룹으로 분류하고 있으며, 대두(soybean), 유채(rapeseed), 팜(palm), 코코넛(coconut)유와 같은 식용 가능한 식물성 오일, 자트로파(jatropha), 카스토로(castor), 님(neem)유 등의 비식용 식물성 오일, 소(tallow), 닭(chicken), 생선(fish) 기름 등에서 나오는 동물성 유지 등으로 분류가 가능함.
- 국내 바이오디젤 원료는 국산(폐식용유 등) 29%, 수입산(팜부산물 등) 71% 수준에서 사용 중에 있음 (’19년)
| Edible oils | Non-edible oils | Animal fats | Other resources |
|---|---|---|---|
| Soybeans | Almond | Lard | Bacteria |
| Rapeseed | Abutilon uticum | Tallow | Algae |
| Canola | Andiroba | Poultry fat | Fungi |
| Safflower | Babassu | Fish oil | Micro algae |
| Barely | Brassica carinata | Tarpenes | |
| Coconut | B. napus | Latexes | |
| Copra | Camelina | Cooking oil | |
| Cotton seed | Cumaru | ||
| Groundnut | Cynara | ||
| Oat | cardunculus | ||
| Rice | Jatropha Curcus | ||
| Sorghum | Jatropha nana | ||
| Wheat | Jojoba oil | ||
| Palm | Pongamia glabra |
< 전 세계 바이오디젤 생산 원료 분류 >
생산기술
바이오디젤의 합성에 메탄올과 에탄올은 가장 일반적인 알코올로 에스테르 교환 반응에 사용되고 있으며, 특히, 메탄올은 물리·화학적인 이점과 싼 가격 때문에 주로 사용됨. 또한, 촉매는 반응을 촉진시키는 작용을 하여 전환율을 증가시키고 염기성 촉매, 산성 촉매, 생 촉매 등의 3가지 종류가 사용 중이며, 원료 물질에 따라 선택적으로 사용되고, 일반적인 전이에스테르 교환 반응과 생산공정을 아래와 같음.
한편, 수첨(hydrotreating) 반응 공정을 이용하여 산소를 전혀 포함하지 않은 탄화수소화합물 성분으로 하는 수소첨가바이오디젤은 1세대 바이오디젤에서 발생되는 산화성 문제 등을 극복할 수 있으며, 자동차용 경유의 성분과 유사하여‘그린디젤(green diesel)’이라고 하며, 주로 파란핀으로 구성하고 있어 높은 세탄가를 가지고 있어 자동차용 경유로서의 품질이 우수할 뿐만 아니라 이산화탄소 배출량도 상대적으로 낮으며, 방향족과 황 성분이 거의 없으며, 저장안정성도 우수한 것으로 보고됨.
| Homogeneous catalyst | Heterogeneous catalyst | Bio-catalyst | ||
|---|---|---|---|---|
| Base | Acid | Base | Acid | |
| NaOH | H2SO4 | CaO | SO3H-SBA-15 | Novozym-435 |
| NaOCH3 | HCl | MgO | Amberlyst-36 | Thermomyces lanuginosus |
| KOH | AlCl3 | SrO | SiO2-tosic acid | candida antarctica |
| TMAH | CH3SO3H | K3PO4 | Sulfated zirconia | IITSARKZYME |
| BTAH | H3PO4 | LI/CaO | HZSM-5 | Aspergillus niger |
| TMG | C2HF3O2 | Ca/Al2O3 | Fe(HSO4)3 | |
| DEA | PTSA | K/Al2O3 | sulfonated carbon | |
| BSA | Na2ZrO3 | |||
| Sr3Al2O6 | ||||
< 바이오디젤 합성용 촉매 현황 >
해외 보급현황
- 2017년 전 세계적으로 바이오디젤은 주로 유럽을 위주로 B2~B15 수준으로 혼합하여 보급 중에 있으며, 북미의 미국은 주별로 차이는 있으나, B2에서 최대 B10까지 혼합하고 있으며, 캐나다도 일부 주에서 최대 B4까지 혼합의무 중에 있음.
- 남미의 브라질 B10, 아르헨티나 B10와 콜롬비아 B10 등의 수준으로 의무적으로 혼합하여 보급하고 있다. 또한, 유럽은 독일이 최소 B4.4, 프랑스 B7 등의 수준으로 혼합의무 중이며, 아시아는 인도네시나아 B5, 태국 B7, 필리핀 B5, 중국 하이난성 B5 등의 수준으로 혼합하여 보급하고 있음.
국내 보급현황
시범보급 사업
’02년 한･일 월드컵 개최와 관련, 대기환경 개선을 위해 BD20을 수도권매립지에 출입하는 청소차량을 대상으로 시범보급(’02.5.25.~’05.12.31.) 실시
전면 보급
’06년 3월 정부-정유사 간 바이오디젤 보급 관련 자발적 협약 체결을 통해 ’06년 7월부터 전국 주유소를 통해 바이오디젤이 0.5% 혼합된 자동차용 경유 보급 시작
-
전면 보급에 앞서, 관련 법령* 및 고시** 제･개정을 통해 바이오디젤 보급 기반 마련
* ｢석유사업법｣을 ｢석유 및 석유대체연료 사업법｣으로 전부개정(’06.1.1. 시행)
** 자동차용 경유 품질기준에 지방산메틸에스테르 함량 신설(품질기준 고시 개정) 및 석유대체연료 품질기준, 성능평가 기준 고시 제정 -
｢이용 및 보급 확대 연료의 인정에 관한 고시｣를 제정(‘05.12.20.)하여 자동차용 경유에 바이오디젤 혼합사용 비율 및 BD20 보급 근거 마련
* BD20 시범보급사업 기간 연장(’06.1.1.~’06.6.31.)
세제 해택
｢조세특례제한법｣을 개정(‘07.12.31.)하여 바이오디젤에 대한 교통･에너지･환경세 면세 근거 마련을 통해 보급 확대 유도
* 면세 기간: ’08.1.1.부터 ’11.12.31.까지
고시에 따른 혼합의무
바이오디젤에 대한 면세 일몰(’11.12.31.) 후 안정적인 바이오디젤 공급을 위해 자동용 경유 품질기준 고시를 개정*하여 ‘12년 1월 1일부터 사실상 2% 이상 혼합의무제도 도입
* 자동차용 경유 품질기준에 바이오디젤 함량 (2 이상 5 이하) 신설
법령에 따른 혼합의무
｢신재생에너지법｣에 따른 신재생에너지 연료 혼합의무제도(RFS)*를 법률로써 도입(’15.7.31. 시행)
* Renewable Fuel Standard : 수송용 연료(자동차용 경유)에 일정비율 이상의 신재생에너지 연료(바이오디젤)를 혼합하는 제도 (신재생에너지법 제23조의2)
혼합의무비율
자동차용 경유에 사용 중인 바이오디젤의 혼합의무비율은 2015년 8월부터 2017년까지 2.5%, 2018년부터 2020년 6월까지 3.0%, 2021년 7월부터 3.5% 보급 중이며, 매년 0.5% 상향하여 2030년 이후 5% 보급 예정임.
| 연도 | 2015~2017 | 2018~2021.6 | 2021.7~2023 | 2024~2026 | 2027~2029 | 2030 이후 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 혼합 의무비율(%) | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 4.5 | 5.0 |
< 연도별 바이오디젤 혼합의무비율 >
산업 동향
생산사
폐식용유, 대두유, 팜유 및 팜부산물 등의 원료를 기반으로 생산하며, SK에코프라임, 단석산업, 애경유화 등 7개사가 바이오디젤 생산업자로 등록되어 있으며, 연간 생산능력은 약 120만 kL 수준
| 업체명 | 등록 | 소재지 |
|---|---|---|
| ㈜이맥솔루션 | '06.03 | 전남 순천시 |
| ㈜단석산업 | '06.04 | 경기 시흥시 |
| ㈜에코솔루션 | '06.04 | 전북 정읍시 |
| SK에코프라임 | '07.04 | 경기 성남시 |
| 애경유화㈜ | '07.04 | 서울 구로구 |
| 제이씨케미칼㈜ | '07.10 | 울산 울주군 |
| GS바이오㈜ | '11.06 | 전남 여수시 |
국내 보급량
’19년 자동차용 경유에 약 76만 kL 혼합하여 보급
| 구분 | '07년 | '08년 | '09년 | '10년 | '11년 | '12년 | '13년 | '14년 | '15년 | '16년 | '17년 | '18년 | '19년 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 보급량 (만 kL) |
11 | 20 | 29 | 40 | 39 | 40 | 39 | 40 | 47 | 58 | 63 | 76 | 76 |
| 혼합비율 | 0.5% | 1.0% | 1.5% | 2.0% | 2.5% | 3.0% | |||||||
산업 동향
바이오디젤은 일산화탄소(CO), 황화합물(SOx), 미세먼지(PM) 등의 차량 배출가스 및 온실가스를 저감시켜 대기환경 개선에 기여
- 경유에 바이오디젤 20% 혼합 사용 시 경유 대비 탄화수소 15%, CO 17%, SOx 20%, PM 18% 및 매연 14% 감소
- 원료인 작물의 재배를 통한 이산화탄소 저감*으로 지구환경 보호와 폐식용유 재활용에 따른 수질오염 방지 등의 효과
- 바이오디젤은 국제적으로 탄소중립원으로 인정되어 경유에 혼합되어 사용될 때 1 kL당 2.6톤의 온실가스를 저감하는 것으로 인정
주요이슈 및 향후전망
- 최근 유럽연합이 신재생에너지 지침(Renewable energy directive (RED) II를 2021년부터 시행하면서 바이오디젤의 원료가 되고 있는 폐식용유, 동물성 유지 등의 비중을 확대하여 사용할 계획임.
- 최근 국내 RFS 제도의 정책변경에 따라 국내 자동차 경유에 바이오디젤은 2035년 이후 5%까지 의무혼합하여 사용할 계획에 따라 원료수급이 가능한 폐식용유, 동물성유지, 음폐유, 탕기름 등의 미활용 폐자원 등의 사용 제고 및 관련 R&D가 절실히 필요한 실정임.
<참고문헌>
1. 김재곤,“온실가스 감축수단으로서 바이오연료의 현황과 전망, 한국화학공학회 NICE, 36(6), p.664-672, 2018.
2. 김재곤,“지속가능한 바이오연료의 보급정책과 기술개발 동향”, 한국공업화학회 KICN, 16(2), p.1-15, 2013.
3. 산업통상자원부 홈페이지, http://www.motie.go.kr
4. (사)한국바이오에너지협회 홈페이지, http://www.kbea.or.kr
5. 한국석유관리원, 국내 신재생에너지 의무화제도 운영현황, K-Petro Magazine, 2017.
