[보고서] "청정연료 분야별 생산기술 개발 향후 전망과 항공해운부문 대체연료 전환 현황"

[이윤배]

"청정연료 분야별 생산기술 개발 향후 전망과 항공해운부문 대체연료 전환 현황"

(주)산업경제리서치

  지구온난화 문제로 전 세계가 기후변화의 심각성을 인식하고 있으며, 주요 원인으로서 석탄, 석유, 가스 등 화석연료로부터 발생하는 온실가스를 꼽을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국가, 국제기구, NGO, 기업 등이 모여 국제 규제를 개발하고 이를 기반으로 탈 탄소화를 추진하고 있다. 글로벌 온실가스 배출량의 약 40% 차지하는 발전부문은 석탄 발전을 점진적으로 축소 또는 폐쇄하는 한편, 중단기적으로는 원전 의존도를 유지하고 장기적으로는 태양광과 풍력 등 재생에너지로 이를 대체하려는 계획이다. 그러나 운송은 발전부문 다음으로 배출량이 23%로 많지만 아직까지 명확한 해결책은 부재하다. 배출량이 가장 많은 육상부문은 탄소배출량을 감축할 수 있는 방안들이 실행 중에 있거나 기술 상용화 또한 상당부분 이뤄져 있다.

  그러나 육상부문과 달리 항공과 해운부문에서의 탄소배출량 감축 방안은 아직 마련되지 않고 있으나 국제민간항공기구(ICAO) 및 국제해사기구(IMO) 등이 탄소감축을 의무화하는 움직임을 보이고 있다. 미래 선박연료로는 LNG와 친환경 원료로 생산된 메탄올, 암모니아, 수소 등이 거론되고 있다. 추진 기술과 인프라를 고려 시 당분간 메탄올과 암모니아가 경합하고, 수소는 저장 기술이 향상된 이후 대형 선박에 적용될 것으로 예상된다. Bio-디젤과 LNG는 탄소중립 전 브릿지 연료로서 주도적으로 사용될 것으로 평가된다.

  이에, 본원 R&D정보센터에서는 청정연료의 최신 개발 동향을 파악하고 세계 기술시장 선점을 위한 전략 마련에 도움이 되고자, 관련 기관들의 분석 정보자료를 토대로 ｢청정연료 분야별 생산기술 전망과 항공/해운부문 대체연료 전환 동향｣를 발간하였다. 본서 제Ⅰ편에서는 바이오연료, 그린수소, 그린메탄올, 그린암모니아의 산업 전망과 최신 생산기술 동향을 수록하였으며, 제Ⅱ편에서는 지속가능 항공유(SAF)의 개발 효과와 정책 동향, 미래 선박 대체연료로 가장 주목 받고 있는 LNG, 바이오연료, 메탄올, 암모니아, 수소를 대상으로 각 연료별 수급 동향과 최신 기술개발 동향을 수록하였다. 아무쪼록 본서가 학계･연구기관 및 관련 산업분야 종사자 여러분들에게 다소나마 유익한 정보자료로 활용되기를 바라는 바입니다.

◈ 목차

제 Ⅰ편 청정연료 생산기술 동향
제 1장 바이오연료 생산기술 개발 동향
1. 바이오연료 산업 전망과 정책 동향
1) 바이오연료 개요
(1) 정의
(2) 필요성
(3) 분류 및 특성
가. 바이오에탄올
나. 바이오디젤
다. 재생디젤(Renewable Diesel)
라. 바이오중유
마. 바이오가스
바. 바이오항공유
(4) 잠재량 및 원료 현황
가. 잠재량
나. 원료 현황
2) 바이오연료 에너지원별 산업 및 정책 동향
(1) 해외 동향
가. 일반 현황
나. 설비보급 현황과 에너지 공급 기여
다. 에너지원별 동향
라. 국가별 동향
마. 정책 동향
(2) 국내 현황
가. 일반 현황
나. 설비 보급 현황
다. 정책 동향
3) 국내외 바이오연료 시장 동향 및 전망
(1) 글로벌 시장 동향 및 전망
가. 최근 시장 동향
나. 바이오연료 시장의 중기 전망
(2) 국내 시장 동향
2. 바이오연료 기술개발 동향
1) 바이오에너지 기술 관련 일반 현황
(1) 열분해 및 가스화
가. 열분해
나. 가스화
(2) 바이오가스
(3) 바이오매스 고형연료
(4) 바이오 액체연료
2) 국내 상용/미상용 바이오연료 개발 동향
(1) 국내 상용 바이오연료의 개발 동향
가. 바이오디젤
나. 바이오중유
다. 바이오가스
(2) 국내 미상용 바이오연료 개발 동향
가. 수첨바이오디젤
나. F-T 디젤
다. 바이오메탄올
3. 바이오연료 생산 시스템 기술 동향
1) 고품질 바이오연료 생산 시스템
(1) 정의 및 분류
가. 정의
나. 필요성
다. 가치사슬
라. 용도별 분류
(2) 국내외 기술개발 동향
가. 기술 개요
나. 해외 기업 기술개발 동향
다. 국내 기업 기술개발 동향
라. 국내 연구개발 기관
(3) 국내외 특허 분석
가. 특허 동향 분석
나. 주요 기술 키워드 분석
다. 주요 출원인 분석
라. 분석 종합
2) 수소사용 바이오연료 생산 시스템
(1) 가치사슬 및 분류
가. 가치사슬
나. 용도별 분류
(2) 국내외 기술개발 동향
가. 기술 개요
나. 해외 기업 기술개발 동향
다. 국내 기업 기술개발 동향
라. 국내 연구개발 기관
(3) 국내외 특허 분석
가. 특허동향 분석
나. 주요 기술 키워드 분석
다. 주요 출원인 분석
라. 분석 종합
제 2장 그린수소 생산기술 개발 동향
1. 고효율 수소 생산 시장 및 기술 동향
1) 수소 생산의 개념 및 분류
(1) 개념
(2) 필요성
(3) 가치사슬
(4) 용도별 분류
2) 수소 생산 분야 산업 및 시장 동향
(1) 주요 산업 이슈
가. 수소경제 활성화 본격화
나. 친환경 지속가능 에너지시스템으로 전환에 중요한 수단인 수소에너지
다. 고용, 수익창출 및 친환경 에너지원으로써 전망되는 산업
라. 전통 및 비전통부문의 수소 소비량 확대
(2) 정책적 지원 강화
(3) 국내외 시장 현황 및 전망
가.글로벌 시장 동향
나. 국내 시장 동향
3) 국내외 수소 생산 기술개발 동향
(1) 주요 기술 동향
가. 수소생산을 위한 P2G 기술개발 가속화
나. 그린수소생산 기술 동향
다. 전기분해에 의한 수소발생장치 및 수소발생용 촉매
라. 그린수소생산 비중 향상을 위한 촉매 연구
마. 열화학 사이클을 통한 수소생산
바. 메탄을 이용한 수소생산(열 또는 플라즈마 이용, 메탄･이산화탄소 반응 이용)
사. 목재 바이오매스를 이용한 태양광수소생산 시스템
아. 바이오가스 활용 수소생산 기술
자. 해양 미생물 활용 수소생산 기술
(2) 국내외 주요 기업 기술개발 동향
가. 해외 기업 기술 동향
나. 국내 기업 기술 동향
(3) 국내 연구개발 기관
가. 대표 연구개발 기관
나. 기관 기술개발 동향
2. 그린수소 생산 기술 및 정책 동향
1) 수전해 그린수소 기술 및 산업 동향
(1) 그린수소 생산 기술 개요
가. 그린수소 생산의 필요성
나. 그린수소 생산을 위한 수전해 기술
다. 차세대 그린수소 생산 기술
(2) 수전해 기술별 기술 동향
가. 알칼라인 수전해(AEC) 기술
나. 양이온 교환막(PEM) 수전해 기술
다. 음이온 교환막(AEM) 수전해 기술
(3) 국내외 수전해 기술개발 동향
가. 해외 기술개발 동향
나. 국내 기술개발 동향
(4) 국내외 수전해 그린수소 산업 동향
가. 해외 산업 동향
나. 국내 산업 동향
2) 재생에너지 활용 P2G 그린수소 생산 기술 동향
(1) P2G 기술 정의
(2) 국내외 P2G 실증 사례
가. 해외 P2G 실증 사례    
나. 국내 P2G 실증 사례
(3) 국내외 업체별 기술 동향
가. 해외 동향
나. 국내 플레이어 동향
다. 국내 중소･중견기업
(4) 국내 연구개발 기관 및 동향
가. 연구개발 기관
나. 기관 기술개발 동향
3) 원자력 수소 기술 및 정책 동향
(1) 원자력 수소 기술 개요    
(2) 원자력을 활용한 수소생산 기술
가. 원전의 전기 + 저온수전해(알카라인 또는 PEM)
나. 원전의 열･전기 + 고온수전해(SOEC)
다. 원전의 열(초고온가스로) + S1 열화학공정
라. 원전의 열 + 천연가스 개질(블루수소)
(3) 원자력 수소 정책 및 산업 동향
4) 국내외 그린수소 관련 정책 동향
(1) 해외 주요국 정책 추진동향
가. 독일    
나. 미국
다. 일본
라. 중국    
마. 호주
(2) 국내 정책 추진동향
제 3장 그린메탄올 생산기술 개발 동향
1. 그린메탄올 시장 전망과 프로젝트 현황
1) 메탄올의 특징과 분류
(1) 그린메탄올 특성
(2) 메탄올 용도
(3) 메탄을 생산에 따른 색상 분류
가. 브라운/그레이 메탄을
나. 블루 매탄을
다. 그린 메탄올: bio-메탄올
라. 그린메탄올: e-메탄올
마. 재생 CO2의 공급원과 용량 문제
바. Bio-메탄올과 e-메탄올의 하이브리드 공정
2) 그린메탄올 시장 전망
(1) 메탄올 시장 동향
(2) 용도별 시장 전망
가. 조선･해운
나. 자동차･항공
다. 석유화학산업
3) 글로벌 그린메탄올 프로젝트와 생산 경제성
(1) 글로벌 프로젝트 현황
가. 생산지역
나. 생산규모
(2) 글로벌 청정메탄올 생산 경제성
가. e-메탄올 생산비용
나. bio-메탄올 생산비용
4) 국내 청정메탄올 생산 여건
(1) 재생에너지(수소 생산)
가. 재생에너지 현황
나. 발전량
다. 이용률
라. 가격
(2) 바이오원료(수소 및 재생CO2 생산)
가. 유기성폐자원 현황
나. 폐목재자원 현황
다. 미이용산림자원 현황
2. 그린메탄올 생산기술의 최근 개발 동향
1) DAC용 E-Fuel 생산 시스템
(1) 정의 및 범위
가. 정의
나. 필요성
다. 가치사슬
라. 용도별 분류
(2) 국내외 시장 현황 및 전망
가. 세계 시장 동향
나. 국내 시장 동향
(3) 국내외 기술개발 동향
가. 기술 개요
나. 해외 기업 기술개발 동향
다. 국내 기업 기술개발 동향
라. 국내 연구개발 기관
(4) 국내외 특허 분석
가. 특허 동향 분석
나. 주요 기술 키워드 분석
다. 주요 출원인 분석
라. 분석 종합
2) 고효율 e-메탄올 생산･활용 시스템
(1) 정의 및 분류
가. 정의
나. 필요성
다. 가치사슬
라. 용도별 분류
(2) 국내외 기술개발 동향
가. 개황    
나. 해외 기업 기술개발 동향
다. 국내 기업 기술개발 동향
라. 국내 연구개발 기관
(3) 국내외 특허 분석
가. 특허 동향 분석
나. 주요 기술 키워드 분석
다. 주요 출원인 분석
라. 분석 종합
3) 수전해 및 CO2 메탄화 하이브리드 공정 개발
(1) 정의 및 분류
가. 정의
나. 필요성
다. 가치사슬
라. 용도별 분류
(2) 국내외 기술개발 동향
가. 기술 개요
나. 해외 기업 기술개발 동향
다. 국내 기업 기술개발 동향
라. 국내 연구개발 기관
(3) 국내외 특허 분석
가. 특허 동향 분석
나. 주요 기술 키워드 분석
다. 주요 출원인 분석
라. 분석 종합
제 4장 그린암모니아 생산기술 개발 동향
1. 암모니아 산업 현황과 활용 동향
1) 암모니아 관련 산업 동향
(1) 암모니아의 특징 및 분류
가. 특징
나. 분류
(2) 국내외 암모니아 생산 및 거래 현황
가. 해외 현황
나. 국내 현황
(3) 암모니아 산업 동향
2) 암모니아 활용 방향
(1) 암모니아(NH3)와 수소(H2)의 관계
(2) 청정에너지원으로서의 그린암모니아 활용 방향
가. Extraction(추출)
나. Mixed firing(혼합 연소)
(3) 암모니아 도입에 적극적으로 나서고 있는 기업들
3) 국내외 암모니아 활용 관련 동향
(1) 해외 동향
가. 생산
나. 운송
다. 발전
(2) 국내 동향
가. 정책
나. 산업계
4) 암모니아 혼소 발전 관련 주요 이슈
(1) 암모니아 수급
(2) 지정학적 리스크 측면
(3) 경제적 측면
(4) 정책적 측면
2. 그린암모니아 생산･활용 기술 및 정책 동향
1) 청정암모니아 생산･활용 기술의 정의 및 분류
2) 국내외 청정암모니아 산업 동향
(1) 글로벌 시장 전망
(2) 해외 주요국 산업 동향
가. 미국
나. 중국
다. 일본
라. 호주
(3) 국내 산업 동향
가. 생산
나. 활용
3) 국내외 그린암모니아 기술개발 동향
(1) 주요 기술 이슈
가. 경제성 확보
나. 낮은 반응성
다. 질소산화물 처리
(2) 주요국 기술개발 동향
(3) 그린암모니아 저압 생산･활용 기술 동향
가. 정의
나. 필요성
다. 국내외 기술개발 동향
4) 그린암모니아 관련 정책 동향
(1) 해외 주요국 정책 동향
가. 미국
나. EU
다. 일본
라. 중국
마. 호주
(2) 국내 정책 동향
가. 제1차 수소경제 이행 기본계획(2021.11)
나. 한국석유공사 지속가능경영보고서(2022.9)
다. 탄소중립 기술혁신 전략로드맵(2022.11)
라. 제10차 전력수급 기본계획(2023.1)
마. 탄소중립･녹색성장 국가전략 및 제1차 국가 기본계획(2023.4)
5) 그린암모니아 관련 R&D 투자 동향
(1) 해외 R&D 투자 동향
가. 미국
나. EU
다. 일본
라. 중국
마. 호주    
(2) 국내 R&D 투자 동향

제 Ⅱ편 항공/해운부문 대체연료 개발 동향
제 1장 지속가능 항공유(SAF) 개발 동향
1. 항공산업의 탄소중립 추진 현황
1) 항공산업 전망과 주요 이슈
(1) 항공산업 구조 및 특징
가. 항공산업의 구조
나. 항공산업의 특징
(2) 국내외 항공산업 현황과 전망
가. 글로벌 항공산업 동향
나. 국내 항공산업 동향
(3) 항공산업 트렌드 및 주요 이슈
가. 시장 동향
나. 기술 동향
2) 항공부문 탄소중립 추진 현황
(1) 항공분야 탄소중립 추진 필요성
가. 항공부문 탄소 배출량은 전체 배출량의 2.1%
나. 국내선 항공(Domestic flight)은 운송수단 중 가장 많은 탄소를 배출
다. 상업용 항공기 시장은 2030년까지 연간 4% 이상 성장할 예정
라. 항공부문의 탄소 배출량은 지속 증가할 것으로 예측
(2) 글로벌 항공사의 탄소중립 추진 현황
가. 세계 항공기 시장은 Boeing 및 Airbus 社가 양분
나. 항공 분야 탄소중립 관련 국제기구 정책 동향
다. 탄소중립 실현을 위한 The Boeing Company, Airbus SE 동향
라. 양 제작사 모두 탄소중립 실현을 위한 목표를 수립, 추진 중
3) 항공부문 탈탄소를 위한 방안
(1) 지속가능 항공유(SAF)    
가. 개요
나. 바이오 연료 정제 방식 - 상업적으로 입증된 SAF
다. 잔류물 및 폐기물을 이용하는 가스화(Gasification) 및 ATJ(Alcohol to Jet)
라. 수소와 이산화탄소를 결합해 만드는 이퓨얼(E-fuel) - 기초 기술이 완성되어야 하는 장기 프로젝트
(2) 저배출 추진 기술
가. 개요    
나. 배터리-전기 추진 기술
다. 한화시스템 - 에어 모빌리티(Air mobility) 사업에 가장 적극적인 한국 기업
라. 하이브리드 전기 추진 기술
마. 수소 동력 추진 - 장기적인 최종 항공기 형태 후보
(3) 공항 운영 및 항공기 최적화
가. 개요
나. 공항 운영
다. 항공기 설계와 제조
2. 지속가능 항공유(SAF) 대응 현황과 정책 동향
1) SAF 분류 및 도입 현황
(1) SAF 특징
가. 지속가능성
나. 석유 대체 원료 사용
다. 항공연료 인증
(2) SAF 분류
가. HEFA(Hydro-processed Esters and Fatty Acids)
나. ATJ(Alcohol to Jet)
다. 가스화/FT(Gasification/Fisch-Tropsch)
라. PTL(Power-to-Liquid)
(3) HEFA 공정 중심으로 상업생산 중인 SAF
(4) 지속가능 항공유 도입 현황 및 전망
2) SAF 개발 효과
(1) 탈탄소화
(2) 신산업
3) 국내외 정유업체들의 SAF 대응 현황
(1) 글로벌 정유업체 대응 현황
(2) 국내 정유업체 대응 현황
4) 국내외 SAF 관련 정책 동향
(1) 해외 정책 동향
가. EU
나. 미국
(2) 국내 정책 동향
제 2장 선박 대체연료 종류별 기술 동향
1. 친환경선박 기술 전망과 대체연료 전환 동향
1) 선박의 친환경 연료 전환 동향
(1) 환경친화적 선박(친환경선박)의 개념
가. 해양오염저감기술 적용 선박
나. 선박에너지효율 향상기술 적용 선박
다. 친환경연료 추진선박
라. 전기추진선박
마. 하이브리드 선박
바. 연료전지 선박
(2) IMO와 EU의 해상탄소중립 정책 현황
가. IMO
나. EU
(3) 선박연료 현황
가. 선박연료 생산방식
나. 선박연료 사용 현황
(4) 선박의 친환경 연료전환 동향
가. 선박의 친환경연료 개요
나. 친환경 연료추진 기술개발 동향
(5) 온실가스 규제에 따른 한국 조선산업 경쟁력
가. 친환경 연료추진 선박 시장 성장 추이
나. 온실가스 규제에 따른 한･중･일 조선산업 동향
(6) 대체연료 부상이 해운산업에 미치는 영향
가. 해운기업 선박연료 구매처 변화
나. 해운기업 선박연료 구매방법 변화
다. 대체연료 추진 선박발주 시 화주에 대한 운임 전가 확대
2) 친환경선박 주요 기술별 시장 동향
(1) 해외 시장 동향
가. 선체
나. 추진기
다. 대체연료
라. 대체에너지
마. 운항
(2) 국내 시장 동향
가. 선체
나. 추진기
다. 대체연료/대체에너지
라. 운항
3) 국내외 친환경선박 최신 기술 트렌드 및 동향
(1) 기술분석 개요
가. 친환경 선박 혁신기술 기술분석 목적
나. 친환경선박 관련 기술로드맵
다. 친환경 선박 선체 관련 기술 로드맵
라. 친환경 선박 선체 관련 기술 로드맵
마. 친환경선박 추진기 관련 기술
바. 친환경선박 대체연료 관련 기술    
사. 친환경선박 대체에너지 관련 기술
아. 친환경 선박 운항 관련 기술 로드맵
(2) 국내외 선체 기술 동향    
가. 연구개발
나. 인증･표준화
다. 상용화
(3) 친환경선박 추진기 기술 동향
가. 연구개발
나. 육･해상 실증
다. 인증･표준화
라. 상용화
(4) 친환경선박 대체연료 기술 동향
가. 연구개발
나. 인증･표준화
(5) 국내외 대체에너지 기술동향
가. 연구개발
나. 육･해상실증
다. 인증･표준화
라. 상용화
(6) 국내외 운항 기술 동향
가. 연구개발
나. 실증
다. 인증･표준화
라. 상용화
2. 선박 대체연료의 최신 트렌드와 기술 동향
1) 선박용 LNG의 동향 및 전망
(1) LNG 시장 동향
가. LNG 생산
나. LNG 장･단점
다. LNG 시장
(2) 글로벌 천연가스 및 LNG 수급 전망
가. GECF의 천연가스 및 LNG 수요 전망
나. IEA의 천연가스 수요 전망
다. BP의 천연가스 수요 및 LNG 교역량 전망
라. 수요 전망 비교
마. 천연가스 및 LNG 공급 전망
(3) LNG 선박연료 시장 동향과 전망
가. LNG 인프라
나. LNG 벙커링 가격
(4) LNG 연료 정책 동향
가. EU
나. 미국
(5) LNG 선박 기술 동향
가. LNG 선박 기술 동향
나. 메탄 슬립
(6) LNG 연료와 선박 전망
2) 선박용 바이오연료의 동향 및 전망
(1) 바이오연료의 개요
(2) 국내외 선박용 바이오연료 기술 동향
가. 글로벌 선박용 바이오연료의 생산기술
나. 국내 선박용 바이오연료의 개발과 향후 전망
(3) 글로벌 바이오연료 생산 현황
3) 선박용 메탄올의 동향 및 전망
(1) 그린메탄올의 정의
(2) 메탄올 추진선 건조 동향
(3) 메탄올 벙커링 구축 동향
가. 메탄올 수급 동향
나. 선박연료로써의 전망
(4) 메탄올 선박 기술 동향
가. 메탄올 연료 탱크
나. 메탄올 연료공급시스템
다. 메탄올 엔진
4) 선박용 암모니아의 동향 및 전망
(1) 청정 암모니아의 정의
(2) 암모니아 추진선 건조 동향
(3) 암모니아 벙커링 구축 동향
가. 벙커링 동향 및 전망
나. 선박연료로써의 전망
(4) 암모니아 선박 기술 동향
가. 암모니아 연료 탱크
나. 연료공급시스템
다. 연료추진 엔진 개발 현황
5) 선박용 수소의 동향 및 전망
(1) 수소 추진선 건조 동향
가. 수소 추진선 개요
나. 수소 추진선 건조 동향
(3) 수소 벙커링 구축 동향    
가. 수소 벙커링 개요
나. 수소 벙커링 구축 동향
(4) 수소 선박 기술 동향
가. 단기 핵심기술
나. 중기 핵심기술
다. 장기 핵심기술