바이오연료란?

바이오매스로부터 생산되는 바이오연료는 연소 시 물과 이산화탄소로 분해되고, 이렇게 배출되는 이산화탄소는 생물체가 성장하면서 광합성 작용에 의해서 바이오매스로 다시 재흡수 되어 다시 바이오매스의 구성성분 합성에 사용되므로, 바이오에탄올 연소로 인한 대기 중 전체 이산화탄소의 농도를 증가시키지 않고 재순환되게 되는 탄소중립(Carbon neutral) 연료로 UN IPCC(UN Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 규정하여 사용하는 나라의 온실가스 배출량에서 제외하고 있음.

바이오연료는 식물이나 미생물과 같은 바이오매스를 원료로 하여 얻어지는 연료이며, 직접 또는 생화학적, 물리적 변환과정을 통해 액체, 가스, 고체연료나 전기 열에너지 형태로 이용 가능함

• 바이오매스로부터 생산되는 바이오연료는 타 신·재생에너지의 적용이 불가능한 수송부문에서 직접 적용 가능하여 석유 에너지의 직접 대체 효과가 높다는 장점을 가짐.
• 이러한 석유대체 가능한 바이오연료에는 바이오디젤, 바이오중유, 바이오에탄올, 바이오가스, 바이오항공유 등이 현재 전 세계적으로 상용화되어 사용하고 있음.
• 바이오연료는 자원이 풍부하고 파급효과가 크며, 환경 친화적으로 생산이 가능하고 최근 지구 온난화의 주범인 화석연료에 의한 온실가스의 양을 감소할 수 있고 생성된 에너지의 형태(연료, 전력, 천연화합물 등)가 다양하다는 특성을 가짐.
• 한편 극복 할 사항으로는 에너지활용 자원이 산재되어 있어 수집 및 수송이 불편하고 다양한 자원에 따른 이용기술의 다양성과 개발의 어려움 및 단위공정이 대규모 설비투자를 필요로 하고 과다 이용 시 식량과의 경합과 환경파괴를 유발할 수 있음.

세계 보급현황

세계 바이오연료 생산량의 80%는 주로 미국, 브라질 및 유럽연합 등에서 생산하고 있으며, 2017년은 2016년 대비 2.5%가 증가해 총 1,430억 리터 생산함. 바이오에탄올은 총 생산량 중 65%를 차치했고, 바이오디젤(주로 지방산메틸에스터)은 29%, 수소첨가바이오디젤(HVO, Hydrotreated vegetable oil)과 바이오항공유(HEFA, Hydrotreated esters and fatty acid) 제한적이지만 규모가 늘어났으며, 또한 수송용 바이오메탄은 1% 이하이며, 바이오연료 주요 최대 생산국은 미국, 브라질, 독일, 아르헨티나, 중국, 인도네시아임.

세계 각국은 자국의 실정에 따라 국가 재생에너지 보급량 달성을 위하여 관련법으로 강제하여 의무적으로 수송용 연료에 바이오연료를 의무 혼합하여 사용하도록 하는 RFS 제도*를 추진하고 있음.

* RFS(Renewable Fuel Standard) : 도로용 자동차 연료(휘발유, 경유, CNG 등)에 바이오연료(바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오가스 등)를 강제적으로 의무 혼합하게 하는 정책

• RFS 제도는 해외 33개국에서 시행중인데, 이중 31개는 국가의 의무규정이고, 26개는 주/지방에서도 의무규정을 두고 있으며, 이런 정책구조 내에서 44개국이 바이오에탄올의 의무규정을 두고 있고, 27개국은 RFS 규정을 두고 있으며, 많은 나라들이 두 연료 모두에 대해 의무규정을 시행하고 있음.
• 세계 각국은 자국의 실정에 따라 국가 재생에너지 보급량 달성을 위하여 관련법으로 강제하여 자국의 실정에 맞게 수송용 연료에 의무 혼합하여 사용하고 있음.
• 세계 각국에서는 바이오에탄올과 바이오디젤을 자동차용 휘발유와 경유에 각각 일정비율로 혼합해 사용하고 있음.
• 2014년부터 바이오에탄올은 북미주과 남미주 등을 위주로 E2 ~ E25 수준으로 혼합해 보급하고 있고, 2012년부터 바이오디젤은 유럽을 중심으로 B2 ~ B15수준으로 혼합해 보급하고 있는 실정임.

국내 보급현황

• 국내 바이오연료의 보급 정책은 2012년 1월부터 전력부문에 시행 중인 신·재생에너지 공급의무화제도(RPS, Renewable Portfolio Standard)에 의해 발전용 바이오중유와 바이오가스가 전기 생산을 위해 보급 중에 있음.
• 또한 2015년 7월부터 수송부문에 시행 중인 신·재생에너지 연료 혼합의무화제도(RFS, Renewable Fuel Standard)에 의해 자동차용 경유에 바이오디젤이 의무혼합 하여 보급 중
• 2012년부터 그 동안의 바이오디젤 면세제도를 일몰하고, ⌜석유 및 석유대체연료 사업법, 이하 석유사업법」상 경유의 품질기준 고시에 의하여 바이오디젤 2% ~ 5%까지 경유에 혼합하도록 하는 바이오디젤 혼합의무제도를 시행하여 2015년 7월 30일까지 바이오디젤 2%를 경유에 혼합하여 보급하였음.
• 2015년 7월 31일부터 「신에너지 및 재생에너지 이용·보급·촉집법 제23조의 2」에 따라 RFS 제도가 도입되어 2018년부터 바이오디젤 3.0%가 자동차용 경유에 혼합되어 보급이며, 본 제도의 혼합의무자는 국내 5개 정유사(SK에너지, GS 칼텍스, 현대오일뱅크, 에쓰오일, 한화토탈)와 석유수출입업자가 대상이며, 혼합의무비율은 신에너지 및 재생에너지 이용·보급·촉집법 시행령 별표 6」에서 제시하고 있으며, 현재 바이오디젤에만 한정하여 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 >

• 국내 RPS 제도는 일정규모(500 MW)이상의 발전설비를(신·재생에너지 설비 제외)를 보유한 발전사업자(공급의무자)에게 총 발전량의 일정비율 이상을 신·재생에너지를 이용하여 공급토록 의무화한 제도임.
• 이 제도는 「신에너지 및 재생에너지 이용·보급·촉집법 제12조의 5」에 따라 2012년부터 시행 중이며, 2019년 현재 공급의무자는 22개사로 5,000 MW 이상 공급의무자는 그룹 I의 6개사(한국수력원자력, 한국남동발전, 한국중부발전, 한국서부발전, 한국남부발전, 한국동서발전)와 5,000 MW 이하 공급의무자는 그룹 II의 민간발전사 16개사로 구성됨.
  
  

  연도	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023이후
  비율(%)	2.0	2.5	3.0	3.0	3.5	4.0	5.0	6.0	7.0	9.0	10.0	10.0

  < 연도별 신재생에너지 의무공급량 비율 >

• 공급의무자가 반드시 의무이행할 연도별 의무공급량은 「신에너지 및 재생에너지 이용·보급·촉집법 시행령 별표 3」에서 제시하고 있으며, 시행초기 2012년 2.0%시작으로 2019년 현재 6.0%이다. 발전용 바이오중유는 시범보급사업(2014.1.1 ~ 2019. 3.14)을 통해 도입되어 공급의무자의 RPS 이행 수단으로 보급 중에 있음.

국내 바이오연료 정책기여도

• 2018년 기준 국내 신·재생에너지 생산량은 17,837천 toe로 2017년 16,448천 toe 대비 8.45% 증가하였으며, 1차 에너지 대비 공급비중 2017년 5.45% 보다 0.35% 증가한 5.80%이며, 이중 신에너지는 0.24%, 재생에너지는 5.56%임.
• 2018년 기준 신·재생에너지 원별 비중은 폐기물(46.2%) > 바이오(17.8%) > 태양광(17.5%) > 수력(6.4%) > 풍력(4.7%) > 연료전지(3.3%) 등 순이며, 이 중 바이오에너지는 국내 신·재생에너지 중 2017년 대비 1.8% 증가하여 25.4% 증가율을 보임.

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출처 : 2018년 신재생에너지 보급통계(2019년, 산업통상자원부)

국내 바이오연료의 산업과 R&D 동향

• 2020년 기준 바이오연료 중 상용화가 되어 국내 보급 중인 것은 수송용 바이오디젤, 발전용 바이오중유 그리고 발전용과 도시가스용 바이오가스뿐이며, 바이오연료를 도입 중인 해외 주요국에서 사용 중인 수송용 바이오에탄올은 아직 상용화가 이루어지지 않음.
• 바이오디젤은 2006년부터 상용화 중이며, 자동차용 경유에 3% 혼합하여 보급 중에 있고, 국내 폐자원과 미세조류 등의 비식용원료를 활용한 전환 R&D에 주력하고 있으며, 유럽 등지에 이미 상용화가 이루어져 사용하고 있는 수소첨가바이오디젤은 국내 전환기술 R&D를 완료하여 상용 전 단계 수준에 있음.
• 2019년 국내 바이오디젤 생산사는 7개사로 제조 생산능력은 118.9만 kL/년) 수준을 보이며, 주요 국산원료는 폐식용유와 수입산 원료는 팜 부산물을 활용하여 생산하고 있으며, 발전용 바이오중유는 2014년부터 2019년 3월 14일까지 시범보급사업 후, 2019년 3월 15일부터 중유 발전기에 전소 또는 혼소하여 전면보급 중에 있음.
• 바이오중유는 미활용 중인 동·식물성 기반 폐유 활용도를 극대화하는 R&D에 주력하고 있고, 시범보급사업 기간 동안 등록된 21개 생산사는 전면보급 이후, 석유사업법에 따라 법적으로 정식 등록된 생산업자는 9개사에 이르고 있음.
• 발전용 바이오중유의 국산원료는 바이오디젤 부산물인 피치(pitch)와 음폐유 그리고 동물성유지 등을 사용하고 있으며, 수입산 원료는 대부분 팜 부산물 등을 사용하고 있음.
• 한편, 국내 바이오가스는 음식물 하수처리장 등의 유기성폐자원으로 생산하여 고질화 공정을 통해 도시가스 배관망에 공급하여 도시가스와 CNG 차량용으로 사용 중이며, 2012년부터 도시가스사업법 개정으로 품질관리를 시작하여 상용화 중에 있음.
• 수송용 CNG와 도시가스 대체연료로 바이오가스의 보급 확대를 위해 사용 가능한 음식물처리장 등의 유기성폐자원 활용도를 제고를 위한 R&D에 집중하고 있으며, 국내 도시가스 배관용 등으로 공급 중인 고질화(upgrading) 바이오가스 플랜트를 운용 중인 생산사는 11개사에 이르고 있음.

[참고문헌]
1. 산업통상자원부, 2018년 신재생에너지 보급통계, 2019.
2. 김재곤,“지속가능한 바이오연료의 보급정책과 기술개발 동향”, 한국공업화학회 KICN, 16(2), p.1-15, 2013.
3. 한국석유관리원, 국내 신재생에너지 의무화제도 운영현황, K-Petro Magazine, 2017.
4. REN 21. 2018, Renewables 2018, Global Status Report, Paris.