전 세계가 탄소중립의 길을 걷고 있습니다. 자동차와 선박, 비행기 등 수송 부문도 탄소중립을 달성하기 위해 그린 트랜스포메이션* 중인데요. 전기차와 수소차 개발은 물론, 바이오 연료와 암모니아 같이 탄소 발생이 현저히 낮은 탄소중립 연료 개발도 그린 트랜스포메이션의 핵심적 사항입니다. 오늘은 탄소중립 연료 중 이퓨얼(e-fuel)에 대해 집중 탐구해보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

*그린 트랜스포메이션(Green Transformation) : 탄소 저감, 에너지 효율화, 자원의 효율적 사용 등 기존에 없던 기술을 개발하고 도입해 기후변화에 대응하면서 동시에 산업 구조를 변화시키는 것.

여러분, 2035년부터 유럽에서는 내연기관의 신차를 구매할 수 없다는 것 알고 계시나요? 물론, 기존에 운행하던 내연기관 차를 모두 거리에서 퇴출시킬 수는 없겠지만 신차는 전기차 혹은 수소차만을 구매할 수 있게 됩니다. (하이브리드차에 대해서는 국가에 따라 정책이 다를 수 있습니다.) 그런데 예외가 있습니다. 오늘의 주인공인 이퓨얼(e-fuel) 연료 방식의 차량은 내연기관 차량인데도 불구하고 구매가 가능합니다. EU가 이퓨얼을 예외로 인정한 이유는 무엇일까요? 서두에 말씀드렸다시피 탄소중립 연료이기 때문인데요. 친환경 연료로 주목 받고 있는 이퓨얼에 대해 자세히 알아볼까요.

탄소 순배출 0인 이퓨얼(e-fuel)의 원리

이퓨얼(E-fuel)은 ‘Electricity-based Fuel’의 약자로 ‘전기를 이용해 만드는 연료’라는 뜻입니다. 물을 전기 분해해 얻은 수소에 이산화탄소 등을 합성해서 만드는 액체 연료가 바로 이퓨얼입니다. 여기서 잠깐! 이퓨얼과 일반적인 내연 연료의 제조 공정을 한번 비교해볼까요?

석탄, 바이오매스*, 천연가스 등 합성연료는 가스화와 개질* 과정을 거쳐 합성가스를 추출해냅니다. 이어 F-T공정*과 정제, 증류 과정을 거쳐 메탄올, 휘발유, 경유 등 다양한 연료 완성품을 만들어냅니다. 이퓨얼은 물을 전기분해하여 생산한 그린수소와 대기 중에서 포집한 이산화탄소를 결합시킨 후 합성연료와 똑같은 제조 공정을 거치는데요. 결과물은? 합성연료와 같습니다. 굳이 새로운 이름을 붙이자면 생산과정에서 탄소 배출 없이 만들어진 ‘e가솔린’, ‘e디젤’, ‘e항공유’ 등이 되겠지요.

*바이오매스 : 에너지 이용의 대상이 되는 생물체를 총칭하는 말. 살아 있는 동물·식물·미생물의 유기물량을 의미하지만, 산업계에서는 유기계 폐기물도 바이오매스에 포함한다. 주요 자원으로는 포플러·버드나무·아카시아 등의 나무, 사탕수수·고구마·강냉이 등의 초본식물, 그리고 수생식물·해조류·조류(藻類)·광합성세균 등이 있다.

*개질 : 열이나 촉매의 작용에 의하여 탄화수소의 구조를 변화시켜 가솔린의 품질을 높이는 조작. 석유 정제 공정의 하나로, 옥탄값이 낮은 가솔린의 내폭성을 높이는 것을 말한다.

*F-T공정 : 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 일정 압력에서 반응시켜 탄화수소 혼합물을 제조하는 공정

▲합성연료 이퓨얼의 원리(출처:이퓨얼 연구보고서 by e-Fuel 연구회)

이퓨얼이 탄소중립 연료인 이유는 탄소 포집(CCU, Carbon Capture Utilization) 기술을 활용해 공기 중에 있는 이산화탄소를 포집하기 때문에 연소 과정에서 탄소가 배출되기는 하지만 사실상 탄소 순배출이 ‘0’이기 때문입니다. 결과적으로 전 주기의 탄소 배출량을 보았을 때 탄소배출이 제로에 가까워진다는 점에서 탄소중립 연료로 불리는 것입니다.

이퓨얼(e-fuel)의 강점 : 수송에 적합한 탄소중립 연료

기본적으로 이퓨얼이 액체 상태의 에너지원이어서 갖는 강점이 있습니다. 바로 보관과 수송에 용이하다는 점입니다. 기체 상태의 수소에 대비하여 이퓨얼은 유통에 용이하여 넓은 범위에 연료 공급책으로서 활용이 가능합니다. 항공, 선박 등 수송 부문 전반에 적용 가능한 것이죠. 특히 석유연료 운송∙보관 시설 등 기존 인프라를 고스란히 활용할 수 있다는 점은 관련 산업계에 경제적 이점으로 다가옵니다.

배터리와 비교하면 어떨까요. 혹자는 선박을 배터리로 운항하려면 “컨테이너의 반을 배터리로 채워야 할 것”이라고 말합니다. 무슨 말인고 하니, 배터리는 내연 연료에 비해 상대적으로 에너지 밀도가 낮아 수송 부문의 에너지원으로 활용하기 부적합하다는 뜻입니다.

이퓨얼은 또한 완전 연소 비율이 높아 기존 경유 자동차 대비 미세먼지와 온실가스 배출량이 20~40% 수준이라는 연구 결과가 있습니다. 독일 NPM(국가미래모빌리티플랫폼)에 따르면 이퓨얼 사용 트럭의 배출가스는 디젤 트럭의 20~40% 수준이며, 석유원(한국석유관리원)에 따르면 이퓨얼과 물성이 유사한 CtL*을 경유와 30% 정도 혼합했을 시 미세먼지 배출량에 57% 저감 효과가 있다고 합니다.

*CtL(Coal to Liquid : 석탄액화석유) : 석탄을 액화, 석유로 만드는 것으로 액화 석탄이라고도 한다. 석탄이 들어 있는 거대한 통에 산소와 증기를 집어넣고 섭씨 영상 500도의 고온과 고압에서 합성가스를 얻어 이를 액화시킨뒤 정제해 만든 휘발유와 경유를 말한다.

탄소 순배출이 0이고 기존의 정유산업 인프라를 고스란히 활용할 수 있는 장점으로 인해 이퓨얼이 “꿈의 연료”라 불리기도 하는데요. 이퓨얼이 상용화되기에 아직은 산재한 장벽들이 남아있습니다. 복잡한 제조 공정으로 인한 높은 단가 그리고 수소나 전기보다 낮은 에너지 효율 등입니다.