美, 장기적으로 유망한 3가지 대체 연료

[수봉]

제목		美, 장기적으로 유망한 3가지 대체 연료
작성일		2012-12-24	작성자		김태균 ( edouard@kotra.or.kr )
국가		미국	무역관		디트로이트무역관

--> -->

美, 장기적으로 유망한 3가지 대체 연료

- 유가 상승에 대한 장기적인 전망 -

- 에탄올, 부탄올, 수소연료 등 유망 -

□ 유가 상승 전망

○ 2011년초 국제 원유 가격은 북아프리카와 중동에서의 정치적 혼란 때문에 급등했음. 원유관련 수요는 급증하나 공급이 한정돼 있는 것은 큰 문제임. 특히 중국 경제가 급성장하면서 중국은 세계의 가장 큰 에너지 소비국이 됐으며 두 번째로 원유를 많이 사용하는 나라가 됐음

○ 국제 에너지국(International Energy Agency)은 최근 발표 자료에서 오일 소비량이 연간 1.6퍼센트씩 증가할 것으로 예상함. 현 시점에서 국제 오일 생산량은 오히려 감소할 것으로 예상됨.

○ 이러한 원유 수요와 공급의 불균형이 원유가격에 큰 영향을 미치고 있어 원유 가격이 계속해서 상승하게 될 것임

유가 상승 전망

○ 원유 수요와 공급의 심각한 불균형 이외에도 대체 연료 개발이 필수적인 데에는 몇 가지 이유가 있는데, 첫 번째로 원유 생산국들의 수출 감소, 두 번째로 개발도상국들의 급증하는 원유 수요, 셋째로 원유 사용으로 생기는 환경오염을 줄이기 위한 규제 수의 증가임

○ 글로벌 에너지 기업인 BP의 대변인이 최근 발표한 바에 따르면 현재 에너지 사용 수준으로 예상했을 때, 원유는 45년, 천연가스는 60년 그리고 석탄은 120년 안에 고갈될 것임

○ 자동차 산업계에서 원유 부족에 대응하기 위해서 전기 자동차와 하이브리드 자동차를 출시하고 있으나, 전기만으로는 운송산업에 관련된 수요 및 필요조건을 충족시키기 힘든 것이 사실임

○ 미국 에너지 정부국 (EIA)에 따르면 매년 생산되는 원유의 64퍼센트가 자동차 연료로 사용되고 있는데, 향후 액체화된 대체연료에 대한 정보를 내놓고 있어 대체 연료 산업의 글로벌 동향에 대해 많은 관심이 집중됨.

Energy Content of Common Fuels

□ 대체연료 (1) : 에탄올

○ 에탄올은 에틸 알코올 혹은 곡식 알코올이라고 불리며, 일반적인 술에서 사용되는 성분과 비슷하며 에탄올은 점점 인기를 얻어가는 자동차 대체 연료임

○ 대부분의 바이어 에탄올은 시리얼, 사탕무와 사탕수수 등에서 얻을 수 있음. 브라질에서는 사탕수수에서 에탄올을 얻고 있으며 미국에서는 옥수수에서 에탄올을 얻고 있음. 다만, 에탄올을 얻기 위한 옥수수의 대량 재배가 환경에 큰 영향을 미칠 수 있으며 투자비용 대비 효율이 낮다는 주장이 있음

○ 여전히 미국 내에서는 대량의 에탄올이 옥수수로부터 얻어지지만 다른 방법으로 얻는 방법이 연구되고 있음. 가장 효율적인 옥수수 대체제로는 Cellulosic Biomass(셀룰로이스 바이오매스)가 있으며, 식용이 불가능한 식물의 부분과 나무, 풀, 짚 등으로부터 얻어짐. 셀룰로이스 바이어매스는 지구상의 특정 지역이 아닌 전 세계적으로 얻어질 수 있다는 큰 장점이 있음

○ Cellulosic Biomass(셀룰로이스 바이오매스) 산업을 이용한 대량의 대체 연료 생산은 먼 훗날의 일이 아니며 이미 많은 투자가 있었음. 예를 들어 GM은 2008년 1월에 원유에 의존하는 것을 줄이기 위해 바이어 에탄올을 생산하는 기업인 Coskata에 투자했으며, Coskata사는 에탄올을 각종 쓰레기와 낡은 타이어, 식물 폐기물 등으로부터 얻어내는 기술을 개발하고 있는 중임

○ 2010년 2월, Coskata사는 MIT의 Technology Review에서 세계에서 가장 혁신적인 50개 기업중 하나로 선정됨. 2010년 4월 말 프랑스의 오일기업인 Total 이 Coskata사에 다시 대량의 투자를 한 바 있음

○ 오바마 정부는 최근 발표에서 2022년까지 미국이 연간 170억 리터의 셀룰로이스 에탄올을 생산하게 될 것이라고 주장함. 에탄올 생산을 위해 이용될 수 있는 다른 자원은 바로 조류(algae)로서 다른 자원에 비해 에너지 효율이 훨씬 높기 때문에 공급 원료로서 많은 관심을 끌고 있음

○ 이는 적은 양의 조류로 옥수수와 같은 다른 자원보다 상대적으로 많은 에너지를 생산해 낼 수 있다는 것을 의미함. 조류는 또한 매우 빨리 자라기 때문에 많은 양의 자원을 계속해서 생산해 낼 수 있을 것으로 예상됨

○ 아직 기술적, 생물학적 한계가 많이 있는 것이 사실이나 에탄올 생산을 위한 다른 큰 규모의 산업에 비해서 환경에 미치는 영향이 훨씬 큰 장점이 있음.

전 세계 에탄올 연료 생산 현황

○ 에탄올 연료 생산은 연간 약 3%의 성장률을 보임. GRFA 보고서에 따르면, 미국은 현재 에탄올 연료 생산을 가장 많이 하는 나라이며, 2011년에만 약 135억 갤런의 에탄올이 생산된 것으로 파악됨. 이는 210억 달러 상당 원유 가치를 지님

○ 에탄올은 생산이 끝난 뒤 보급·분배되는 과정에서 문제가 일어날 수 있는데, 이는 에탄올이 습기를 흡수하는 성질이 있기 때문임. 가솔린과 달리 에탄올은 펌프로 퍼낼 수 있는 연료가 아니며 파이프 라인을 통해서 공급할 수도 없는데, 이는 부식의 위험이 있어서임.

○ 에탄올은 반드시 기차나 트럭으로 수송이 돼야 하며 에탄올 전용 저장소에 저장돼야함. 일반적인 가솔린에 비해서 에탄올 연료의 배송 및 저장에는 훨씬 많은 비용이 들게 됨.

○ 현재 대부분의 차량들은 에탄올과 석유를 섞었을 때 (에탄올의 비율이 10%일 때까지) 문제없이 주행이 가능함. 하지만 에탄올의 비율이 높아질수록 차량 시스템의 개조가 필요하게 됨. 에탄올의 비율이 높아질수록 차량 시스템 개조가 필요하게 됨. 에탄올은 또한 가솔린에 비해서 휘발성이 떨어지기 때문에 추운 겨울에 문제가 발생할 수 있으나 에탄올은 또한 디젤 엔진에도 이용이 가능함

□ 대체연료(2): 부탄올

○ 부탄올은 디젤과 같은 연료의 대체제로 각광받으며 엔진 시스템의 개조, 자동차 연료 분배과정에서의 수정이 필요하지 않기 때문에 에탄올보다 더욱 매력적인 대체연료로서의 잠재성을 가짐.

○ 에탄올과 같이 부탄올은 알코올의 일종이며, 다른 점은 Carbon 원소 숫자의 차이로서 부탄올은 4개를 가지고 있고 에탄올은 2개를 가지고 있음. 부탄올 역시 에탄올과 같이 발효 과정을 통해서 얻을 수 있으나 생산과정이 비효율적이기 때문에 에탄올보다 상업성이 매우 떨어진다는 단점이 있음.

○ 부탄올의 장점

- 부탄올은 에너지 밀도가 가솔린과 가까운 29.2MJ/리터로서 에탄올(23.5MJ/리터)보다 높음

- 가솔린과 쉽게 섞여서 사용될 수 있으며 엔진의 개조가 거의 필요치 않음

- 45퍼센트 비율까지 디젤 연료와 섞여서 사용될 수 있음

- 부탄올은 에탄올에 비해 부식성이 약하며 현재 일반적인 주유소에서 사용되는 펌프를 통해 차량에 직접 연료 공급이 가능함

- 친환경적이며 차량의 연료 시스템에 피해를 주지 않음

○ 부탄올이 가진 이러한 많은 장점들 때문에 상업성이 있고 효율적인 부탄올 연료 생산을 위한 방법들이 개발됨.

○ 프랑스의 대형 에너지 기업인 Total은 부탄올 연료 개발 기업인 Gevo에 최근 많은 투자를 했으며 Dupont과 BP와 같은 글로벌 기업 역시 부탄올 연료 개발에 나서고 있음. Gevo사는 현재 사용되는 자동차 연료와 비슷한 가격에 부탄올 연료를 공급하는 것을 목표로 함.

○ 부탄올 연료 산업에 관련된 주요 기업들은 다음과 같음

- 영국의 Green Biologics, 인도의 Laxmi Organs Industries, 미국의 Amyris, Cobalt Biofuels, Tetravitae Bioscience, LS9, Slozyme, 프랑스의 Metabolic Explorer, 스위스의 Butalco GMBH

○ 부탄올 연료의 대량 생산을 위해서 이용되는 원료로는 성탕과 조류 등이 있으며 부탄올 대량 생산을 위한 연구·개발은 매우 활발히 진행됨. 이는 부탄올 연료가 큰 상업적이며서도 환경적인 장점이 있는 것 뿐만 아니라 원유가 상승문제 해결에 큰 도움이 될 것이기 때문임

○ 그 밖에도 최근 각국의 정부는 에탄올과 부탄올 등의 바이오 연료를 기존 가솔린/디젤 연료에 반드시 일정비율 이상 섞어서 사용하도록 하는 법안을 내놓음. 현 시점에서 바이오 연료의 가장 큰 단점은 바로 기술적인 한계점들로 이는 반드시 극복돼야 함

□ 대체연료(3) : 수소연료(Hydrogen Fuel Cell)

○ 전 세계의 완성차 OEM 기업들 중 상당수가 수소연료 기술을 사용한 자동차를 시장화하려고 노력해 왔음. GM이 1966년에 처음 시작했으며, BMW, 크라이슬러, FIAT, 아우디, 벤츠, 포드, 현대, 혼다, 기아, 마쓰다, 닛산, 도요타, 폴크스바겐 모두 수쇼 연료 관련 차량 개발 프로젝트를 진행했음

○ 수소 연료가 가진 문제점들 때문에 전기 자동차와 하이브리드 자동차 개발에 비해 오랜 기간 우선순위에서 밀리는 경향이 있었는데, 2003년 미국의 부시 대통령은 약 7억2000만 달러의 수소연료 전지차 연구비 지원을 발표해 수소연료 개발에 가속이 붙음

○ 수소 연료가 가진 단점들은 먼저 수수가 대부분 재생이 불가능한 에너지원인 천연가스 등으로부터 얻어지며, 수소 연료를 사용하기 위한 대규모 인프라 구축에 엄청난 비용(수천 억 달러 이상)이 들어간다는 점임.

○ 최근 20년간 수소연료를 자동차 연료로 이용하기 위해 많은 노력이 있었으나, 전기 자동차와 하이브리드 자동차의 상대적인 연구개발 확대로 수소연료 전지차에 대한 연구 및 투자/지원이 많이 감소했음.

○ 일본의 주요 완성차 OEM인 혼다, 닛산, 그리고 도요타는 2011년 일본의 10개 에너지 기업들과 연합해 수소연료전지차에 합동 투자하겠다고 발표했고, 2015년까지 시장성이 충분한 수소연료전지차를 개발하겠다는 계획임. 수소연료전지차에 소극적인 반응을 보이는 미국과 달리 일본은 상당히 야심차게 추진함.

○ 수소연료전지차(FCV)의 도입을 지지하는 이들은 오래 걸리는 충전시간과 배터리 교환에 발생하는 비용을 전기자동차(EV)의 가장 큰 문제로 꼽히나 수소는 훌륭한 연료임에는 틀림 없음. 에너지 밀도가 매우 높은 편이며, 배기가스 배출량도 거의 무시할 수준임.

○ 수소연료 전지차는 전기자동차와 비슷한 면이 있으나 다른 점이 있다면 배터리 대신에 연료 전지를 사용해 전기 모터에 에너지를 공급한다는 점임.

수소연료전지차

○ 수소가 유용한 자동차 대체 연료가 되기 위해서는 반드시 몇가지 문제가 해결돼야 하는데, 먼저 수소 연료의 공급에 들어가는 많은 비용문제와 관련 인프라 구축 문제, 수소연료 저장비용문제와 연료전지의 신뢰성 확보 문제 등이 있음

□ 전망 및 시사점

○ 미국, 일본, 유럽뿐만이 아닌 여러 개발도상국의 OEM, Tier-1 기업, 에너지 기업, 정부는 2013년도에도 자동차 대체연료를 개발하기 위한 투자 및 연구를 확대해 나갈 것임

○ 각 대체에너지가 소비자들에게 폭넓게 사용되기 위해서는 많은 비용문제와 관련된 인프라 구축, 연료 저장 따른 비용, 소비자를 통한 신뢰성 확보 문제가 해결돼야 함

○ 2050년경에도 전 세계의 50퍼센트의 운송수단은 여전히 내연기관을 사용할 것으로 예상되나 원유를 대체할 효율적인 액체화된 대체 연료를 개발·보급하기 위한 노력은 계속 이뤄질 것임

자료원 : World Engergy Outlook, Ihs, 코트라 디트로이트 무역관 종합