대체 청정에너지

명호테크/경영지도사,기술지도사

대체 청정에너지

명호경영컨설턴트 2009. 1. 17. 21:40

대체 청정에너지

바이오 디젤

현황과 전망

요 약 문

세계대전 이후 구미 각국은 활발한 기술개발과 경제의 고도성장으로 대량생산, 대량소비의 시대를 구가하였다. 중동국가의 석유 무기화 정책으로 경제개발초기의 우리와는 비교할 수 없을 정도의 타격을 받은 선진국은 절약사회로의 전환이라는 커다란 페러다임의 변화를 겪게 되었다. 에너지절약산업기술 개발과 대체에너지 개발에 주력하게 되었으며, 각국은 가장 대체가 어려운 운송분야의 유동성 연료개발에도 주력하여 1990년대 초반에 공정개발이 완료되었고 상용화가 이루어지는 시점이었다. 이같은 절약사회로의 의식전환은 환경문제의 심각성을 일깨우게 되었으며, 1992년 리우환경회의와 1997년 교토협약 이후 공해물질 규제와 이산화탄소의 배출량을 저감하는 재생산성 순환 에너지원인 바이오연료에 대하여 관심이 집중되었다. 특히 전 세계 수송차량의 30% 이상을 처리하며 동시에 50% 이상의 공해를 발생시키는 디젤차량에 대한 청정 대체연료인 바이오디젤의 개발과 사용은 대체에너지 분야의 중심이 되었다. 유럽의 실질적인 대체에너지의 생산의 70% 이상을 점유하는 바이오디젤은 1993년 프랑스에서 3만톤의 상용공장이 가동된 이후 고도의 성장을 기록하며 현재 연간 120만톤 이상이 사용되어지고 있고, 각종 정책지원으로 2010년도까지 유럽에서 사용하는 전체 디젤연료의 12%를 대체하려는 정책이 수립되었다. 식물성 오일과 알코올을 반응시켜 만드는 바이오디젤은 기존의 경유와 물성이 동일할 뿐만 아니라 분자내에 산소를 포함하고 있어, 기존엔진의 어떠한 변경 없이 경유와 혼합하여 사용하며, 20%를 섞는 경우 20～30%의 공해 감소효과를 나타내고 있다. 따라서 바이오디젤의 사용량의 증대는 주요 사용처인 도심의 대기환경 개선과 더불어 바이오디젤의 1톤당 2.2톤의 CO₂를 저감할 수 있는 일석이조의 효과를 내고 있다.

이러한 바이오디젤의 생산과 보급은 한국의 경우에도 필수적인 선택이라는 분위기가 성숙되고 있다. 정부는 대체에너지 개발 및 이용보급 촉진법을 제정하여 개발을 권장하고 있으며, 국책연구소와 기업이 함께 참여하여 최첨단 공정 개발에 성공하여 바이오디젤의 상용화를 눈앞에 보고 있다. 또한 환경부에서는 바이오디젤의 국내 보급정책을 채택하여, 전국적인 사용을 권장함으로써, 심각한 도심 공해문제 해결과 CO₂ 저감을 동시에 이루려는 노력을 기울이고 있다. 그러나 빠른 진척에 따른 일부의 이해부족으로 바이오디젤의 상용화가 지연되고 있는 실정에 있다.

바이오디젤의 보급의 선택은 선진국에서도 개발이 완료되어 가고 있는 분야로서 기술종속이 예견되는 시점에서 볼 때 산업적으로도 더 이상 늦출 수 없는 사안일 것이다. 더욱 강력하게 첨단 공정을 개발하도록 촉진함으로써 국내 자력보급 여건을 마련하고, 수출 상품화를 이룩하고 나아가 아시아 바이오디젤 시장을 선점할 수 있는 기회를 마련해야 한다.

한편 바이오디젤은 국가적으로 문제가 되고 있는 어려워지는 농업경제에 이바지할 수 있는 기회를 제공해 줄 수 있다.

늘어나는 유휴지에 대체작물재배로 인한 농작물의 가격폭락을 막을 수 있는 방법으로써 바이오디젤의 대량수요가 발생하는 유지식물을 경작하여 국제가격으로 수매함으로써 농민과 산업체의 공동이익을 추구할 수 있으며 유채와 같은 겨울재배 식물은 현재 겨울재배를 하지 않는 경기 남부의 농지에 2모작으로 다량 재배함으로써 수십만 톤의 바이오디젤 원료 확보와 동시에 에너지원 식물의 재배에 따른 ha당 7톤 이상의 CO₂ 저감을 국가적으로 달성할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

마지막으로 폐기물 재활용 측면에서 약 20만 톤 가량 자연에 버려지는 폐식용유의 수거와 공정처리를 통하여 바이오디젤로 생산을 유도함으로서 토양 및 수질오염을 막고 연간 천억원대의 에너지 비용절감과 40만 톤 이상의 CO₂ 저감을 달성할 수 있는 가능성을 바이오디젤을 통하여 제시할 수 있을 것이다.

목 차

Ⅰ. 대체에너지의 개요 --------------------------------1

1. 지구환경과 대체청정에너지의 필요성 -----------------1

2. 대체에너지의 개발 현황 ---------------------------3

가. 자연에너지 --------------------------------3

나. 순환형에너지 --------------------------------5

3. 대체에너지의 국내 연구개발 현황 ----------------12

Ⅱ. 대체에너지로서 바이오디젤의 현황과 세계정책 ------14

1. 바이오디젤의 탄생과 석유제품(경유)으로의 대체 ------14

2. 바이오디젤의 새로운 조명과 파급효과 -----------14

가. 대체에너지의 관점 --------------------------14

나. 환경적인 관점 ------------------------------18

1) 청정연료로서의 관점 ---------------------18

2) 기후협약의 관점 ---------------------23

3. 선진국 바이오디젤 정책과 지원현황 ----------------24

가. 선진국의 바이오디젤 개발 관장 기구 -----------24

나. 지원정책과 지원법안 --------------------------28

Ⅲ. 세계 바이오디젤의 생산기술과 사용현황 -----------33

1. 바이오디젤의 생산공정의 특징 ---------------------33

2. 바이오디젤의 생산공정의 발전 ---------------------35

3. 바이오디젤의 사용방식 --------------------------38

가. 청정대체연료로서 사용 ---------------------38

나. 환경친화적 제품의 합성 중간체로 사용 -----------40

다. 용제 ------------------------------------40

Ⅳ. 국내 바이오디젤의 기술개발과 정책 ----------------41

1. 국내 바이오디젤의 개발현황 ---------------------41

2. 국내 바이오디젤 신기술 개발체계 ----------------42

Ⅴ. 한국에서의 향후 가능성과 전망 ---------------------47

1. 종합적인 재 순환에너지 생산기술 개발 체계 달성------47

가. 생산기술의 고도화로 산업발전과

국내 시장 자력 확보 --------------------------47

나. 농촌경제 향상 -------------------------------48

다. 폐자원(폐식용유)의 자원화 ---------------------50

라. 국민의 환경에 관한 신 페러다임 변화 유도에 기여--50

2. 아시아에서 바이오디젤 생산사업의 주도--------------51

Ⅵ. 국내 바이오디젤 정책과 지원방안 ----------------52

1. 현행 정부지원 법안과 정책 ---------------------52

2. 정부 정책 ----- -------------------------------56

Ⅰ. 대체에너지의 개요

1. 지구환경과 대체청정에너지의 필요성

제2차 세계대전을 계기로 선진국은 과학기술발전을 기반으로 하여, 대량 생산 체제를 구축하였고, 현재까지 지속적인 발전을 거듭하고 있다. 이러한 양상은 모든 산업분야에서 공통적으로 나타났으며, 특히 화학공업 분야의 경우에는 석유를 원료로 한 정유산업, 플라스틱산업 등에서 볼 수 있듯이, 진보의 속도가 타 분야에 비하여 매우 빠름을 보여 주고 있다. 이 결과로 인류는 값싼 제품의 대량 공급으로 인하여 이전에는 경험할 수 없었던 편의성을 추구할 수 있었다. 그러나 이러한 무분별하고 빠른 발전은 공해 등으로 인하여, 인류의 삶의 질을 낮출 뿐만 아니라 생존을 위협하는 단계까지 이르게 되었다. 환경문제라고 일컬어지는 화학공업의 악영향은 국지적인 토양, 수질, 대기 공해 문제와 더불어 전 세계적으로 오존층 파괴 및 지구의 기온 상승으로 인한 각종 재해를 유발하고 있다. 대기환경문제의 심각성은 1980년 대 초기부터 선진국 과학기술계에서 심각하게 받아들여지고, 기술분석을 통하여 수 없는 경고를 발표했었음에도 불구하고, 이를 해결하기 위해 추가적으로 부담해야 할 비용을 고려한 경제성 논리로 인하여 크게 부각되지 못하였다. 그러나 계속적으로 심각한 문제점이 표출되고, 이의 해결을 요구하는 여론에 의하여, 선진국의 정책 결정기관은 경제성 논리에 앞서 환경문제의 해결을 위한 노력을 시작하였다. 이 결과, 리우환경회의 등 국제환경회의가 연달아 개최되고, 환경에 관련한 국제규제가 강화됨에 따라 각 정부는 환경공해 저감 기술을 국가의 전략 연구로 선정하기에 이르렀다.

특히 대기환경에 가장 큰 영향을 미치는 에너지분야는 교토 의정서 합의와 맞물려 CO2 저감 의무라는 커다란 짐으로 인하여 에너지절약형 산업 육성과 대체에너지 개발전략을 더욱 고조시키고 있다.

따라서 에너지분야의 저공해 대체에너지 기술개발은 현재 인류가 사용하고 있는 각종 공해와 CO2 발생량을 증대시키는 화석연료의 대체를 목적으로 추진하고 있다. CO2 저감방안으로 탄력을 받고 있는 대체에너지 개발은 이미 오래전부터 경제성과 무관하게 매우 심도 깊게 추진해왔던 정책이다. 1973년 배럴당 3달러 2센트였던 원유가격이 두 차례의 석유파동을 거쳐 1978년 12월에는 20달러선을 돌파하였고 전체 에너지 소비의 37%를 차지하는 상황에서 선진 각국은 새로운 에너지 위기시 수급할 수 있는 에너지원을 찾는 데 주력하고 있다. 따라서 석유, 석탄 등 화석연료보다는 값이 비싸지만 에너지 확보란 측면에서 대체에너지가 고려된 것이다.

그림 1. 세계의 연료별 소비 현황

따라서 우리 주변에서 획득이 가능한 모든 종류의 에너지를 고밀도화하여 상용화시키려는 데 많은 힘을 쏟고 있다. 1980년대 초부터 선진국에서는 저공해 대체에너지원의 개발에 많은 노력을 기울여 왔으며, 현재는 기술의 상용화 단계로까지 진입하고 있다. 특히 대량 소모가 가능하고 유동성이 있는 액체연료의 개발은 석유에너지의 종속도가 96 %인 운송분야에서는 매우 중요하다. 전기 생산용 연료와는 다르게, 운송연료가 도심환경에 주는 충격도는 매우 크기 때문에 대체청정연료의 개발은 선진국의 많은 관심 사항이 되고 있다.

2. 대체에너지의 개발현황

전반적으로 대체에너지는 크게 다음과 같은 분야로 나누어 기술할 수 있다.

- 자연에너지 : 태양에너지, 풍력, 지열, 해양에너지

- 재생산성 순환에너지 : 바이오에너지, 폐기물에너지

가. 자연에너지

자연계에서 일어나는 현상을 인위적인 조작을 통하여 획득하는 에너지로서, 인류가 이미 오래전부터 사용하고 있었다. 그러나 근대 에너지 다소비성 사회로의 전환을 통하여, 고밀도에너지가 필요한 시대에서는

- 저밀도 에너지

- 지역 편중성

- 고밀도 에너지로의 회수에 고비용 소모 등으로 인하여 사용이 매우 저조한 에너지원이었다. 그러나 에너지 위기이후 화석연료 사용의 절약시책의 하나로 적극적인 개발 사업이 진행 중에 있으며, 현재까지는 국지적으로 미세한 양의 에너지를 회수하여 사용하고 있는 실정에 있다. 본 절에서는 자연에너지의 대표적 사례를 간략하게 설명할 것이다.

1) 태양에너지

전세계적으로 태양에너지 연구는 주택의 난방 및 급탕 시스템, 온수기, 농․수산물 건조기, 저가 집열기 및 소규모 태양광 발전 등이 주류를 이루고 있으며, 태양열 발전에 관한 연구는 발전에 필요한 고온 획득 방법과 고온 재료 개발 등이 문제가 되어 큰 진전을 보지 못하고 있다.

2) 풍력

풍력발전 관련 기술은 네덜란드 풍차에서 보는 바와 같이 오랜 사용기간과 기술개발을 통하여 이미 실용화 단계이기 때문에 요소 기술 개발보다는 풍력 발전기의 저가화와 대형화 및 보급 확대에 치중하는 경향이다. 많은 국가에서 경쟁적으로 풍력 발전기를 보급하고 있다. 현재 가장 많은 풍력 발전기가 운전되고 있는 국가는 미국으로서 캘리포니아의 대규모 풍력 단지를 중심으로 현재 총 1,619MW용량을 지닌 2만여대의 풍력발전시스템에서 연간 38억kW의 전력을 생산하고 있으며 시설추가에 박차를 가하고 있다.

유럽 국가는 2005년까지 영국이 2,200 MW, 독일이 1,550 MW, 덴마크가 1,050MW 정도의 풍력 발전기를 보급할 계획이므로 2000년대 초에는 전세계 풍력 발전의 보급 규모가 9,200 - 14,000 MW 정도에 이를 것으로 전망된다.

3) 지열

지열은 지구가 생성될 때 있던 열로 아직 방열되지 않은 상태이거나 우라늄이나 토륨 같은 방사선 원소의 붕괴에 의하여 생기는 것이라고 생각할 수가 있다. 일본과 같이 화산이 많은 고온지열지대는 지하에 용융암석의 활동에 의한 것으로 여기에 물을 주입하여 증기를 생산하고 이것으로 증기터빈을 돌려서 발전에 이용할 수가 있고 이런 시스템을 지열발전소라고 한다. 보통 화산이 없는 지대에서는 약 3000미터 지하로 들어가면 약 섭씨 100도가 된다. 지역에 따라서는 이보다 온도가 높을 수도 있다. 파리 같은 곳에서는 약 1500미터 정도에서 약70도 전후의 열을 퍼 올려 지역난방에 이용한다. 그러나 지역적인 조건이 맞아야 하므로 제약이 따른다.

4) 해양에너지

해양에너지는 간만의 차를 이용한 조력발전소를 대표적인 예로써 현재 캐나다, 중국, 프랑스, 구소련 등에서 조력발전소를 건설해 활용하고 있으며, 우리나라를 비롯해 조력발전이 가능한 지역을 보유하고 있는 미국, 호주, 인도 등의 국가에서도 조사 작업이 한창이다. 그러나 얻어지는 유효낙차가 적고, 또한 조위의 변화가 연간을 통하여 균일하지 않으며, 조위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없다는 문제점들이 있고 간만의 차가 심해야 하므로 지역적으로 한정된 장소에만 적용할 수 있다.

따라서 자연에너지는 지역적인 제약과 투자금액의 대형화로 당장 실생활에 적용하는 것은 어려우나 지역적인 소규모 에너지 대체효과를 기대하여 연구개발 및 상용화가 시도되고 있다.

나. 순환형에너지

순환형에너지는 자연의 순환현상을 이용하거나, 기존에 발생되어 폐기처분하는 물질을 재사용하여 생산하는 에너지를 일컫는다. 이에 해당하는 에너지는 주로 바이오에너지, 폐기물에너지로서, 식물성오일, 알코올, 메탄 등 그 최종 제품에서 볼 수 있듯이 대부분이 액체, 기체로서 이동성에너지의 특징을 갖는다. 따라서 현재까지 대체하기 어려웠던 운송용 연료분야에서 대체에너지로써 크게 주목을 받고 있다. 원자력, 풍력, 태양력 등 대체원료로부터 생산되는 열에너지, 전기에너지와는 다르게 액체연료는 사용중 이동이 가능하므로 주로 운송분야에서 필수적인 에너지원이다. 액체연료의 많은 부분은 자동차 등 운송수단에 이용하기 위한 목적으로 생산된다. 따라서 개발되어야 할 대체액체연료는 현재 운행중인 자동차 엔진의 성능을 만족시켜야 한다. 또한 자동차의 성능보장은 곧바로 현재 돌아가는 경제 흐름에 직결되기 때문에, 대체액체연료의 사양은 자동적으로 현재 연료의 기준에 접근해야 한다. 따라서 이분야의 대체에너지 개발은 바이오 액체연료에 집중되고 있다.

바이오 대체 연료

바이오 연료란 식물을 가공하여 획득하는 연료이다. 바이오 연료는 재생산성 연료로서, 환경 보존 차원에서 관심이 집중되고 있다. 식물의 성장 과정에서 공기 중의 이산화탄소 및 질소화합물의 흡수와 산소의 방출은 현재 지구의 온난화를 방지시켜 주는 부가적 이익을 가져다 줄 뿐 아니라 식물성 연료에는 석유에 포함되어 있는 각종 공해물질 (발암성 방향족, 유황 등)이 포함되어 있지 않아, 연소시 공해물질의 발생을 최소화할 수 있다. 이러한 취지에서, 셀룰로오스, 당분, 전분에서 발효되어 생산되는 알코올과 해바라기, 콩 등에서 생산되는 식물성오일, 그리고 이를 이용하여 생산된 바이오디젤에 대한 연료의 응용이 폭 넓게 연구되어 졌고, 대체에너지 개발사업중 가장 대규모로 적용이 되고 있다.

바이오 휘발유

바이오 휘발유(에탄올)는 미국과 브라질 등 중남미에서 상용화에 성공한 바이오연료이다. 미국에서는 1980년부터 휘발유에 에탄올을 10 % 혼합한 Gasohol을 판매하고 있으며, 이에 따라 1990년에 이미 에탄올 혼합물은 미국내 휘발유 판매액의 10 %를 차지하고 있다. 한편 에탄올의 사용을 증진시키기 위해 미의회에서는 에탄올의 생산에 면세 혜택을 지속적으로 부여하고 있으며 환경에 대한 여론의 힘에 의하여 에탄올 생산이 급격하게 증가하고 있다.

브라질에서는 1975년부터 에탄올을 휘발유 대용으로 이용하려는 계획이 시작되었으며, 이 계획은 브라질 휘발유 차량의 90%가 에탄올 또는 휘발유/에탄올 혼합연료 사용이 될 수 있도록 하는 것이었다. 현재 브라질에서는 5 %이상의 차량이 22 %의 에탄올 혼합 휘발유를 사용하고 있다.

유럽의 대체 바이오 휘발유 개발의 출발 물질은 역시 식물의 발효로 생산되는 에탄올이다. 사탕무의 생산량이 높은 유럽 북부지역에서는 설탕공정 찌꺼기나 밀을 충분히 발효시켜 에탄올을 회수하고 있기 때문에, 이를 대체 휘발유로 이용하려는 노력이 활발하게 진행되었다. 프랑스에서는 1980년대 초 Reins에서 유연 휘발유에 무수 에탄올을 5 % 혼합하여 40개 주유소에 공급하여 성능을 시험한 바 있다. 위의 실험을 통하여, 에탄올의 물의 흡수 등 여러 가지 문제점이 발견되었다.

그러나 에탄올의 직접 사용에 대한 연구결과를 통하여 산소를 함유한 분자가 연료의 완전연소를 도울 뿐 아니라 무연휘발유의 성능을 높일 수 있다는 가능성이 제시되었다. 따라서 유럽정책 입안자들은 에탄올 물 흡수의 원인인 친수성을 줄이기 위하여 석유화학제품인 iso-butylene을 에탄올과 반응시켜 ETBE를 제조하여 보급하기로 의견을 모았다.

위 첨가 반응에는 에탄올이 45%, 이소부틸렌이 55%가 사용되었으며, 이 반응을 통하여 에탄올의 친수성을 감소시키는데 성공하였을 뿐 아니라, 에탄올의 45% 소모효과를 보임으로써 프랑스에서 7만 톤의 에탄올 사용을 유도할 수 있었다.

현재 선진국의 경우 2 %이상의 산소가 휘발유 내에 포함되어야 하기 때문에, 바이오연료는 5～15% 정도를 기존 휘발유에 첨가하여 사용하고 있다. 또한 앞으로 각종 규제강화로 이 수치는 약 20 %이상으로 상승될 예정으로 있다.

바이오디젤 연료

머지 않은 장래에 고갈이 예상되는 화석연료에 대한, 대체 운송용 액체연료 개발은 휘발유와 더불어 경유에 대하여도 지속적으로 이루어지고 있다. 경유는 휘발유와 비교하여, 독성이 심한 많은 공해물질을 많이 배출하고 있다. 그러나 디젤엔진의 강력한 힘은 트럭, 중장비, 버스 등 산업부분에서 필수적일 뿐 아니라 경유의 저유가 정책과 엔진의 효율성, 공해저감기술 개발 등으로 인하여 디젤차량의 승용차화가 급속히 이루어졌기 때문에, 서구에서는 경유차량이 운송용 차량의 30% 이상을 차지하고 있다. 따라서 청정연료인 바이오디젤은 환경보존과 대체에너지 개발의 두 목적을 동시에 충족되는 차원에서 연구개발이 이루어 졌다.

식물성오일은 1982년부터 경유 대체연료로서 매우 높은 주목을 받고 있는 원료였다. 식물성오일은 화석연료와는 다르게

․자연계에서 해마다 재배 생산되는 재생성에너지이고,

․성분 중 발암성 공해물질인 방향족 고분자나 황을 포

함하고 있지 않을 뿐 아니라,

․연료로 전환되는 경우 11～15 %의 산소를 함유하기

때문에,

․값비싼 산소첨가제를 첨가하지 않아도, 연소 중 완전

연소를 도와, 분진이나 일산화탄소의 양을 크게 줄일

수 있다.

따라서 공단이나 대도시 도심연료로 가장 적합한 연료 중에 하나이다. 유럽에서는 개발초기에 일반경유에 식물성오일을 첨가하여 사용하려고 했으나, 높은 분자량과 이에 따른 점도의 상승으로 인하여, 세탄가가 30 정도의 수치를 보임으로서 45 이상을 요구하는 조건에 맞지 않음을 확인하였다. 이에 따라 현재 유통되는 경유의 성질과 일치시키기 위하여 식물성오일을 경량알코올과 반응시켜 생산된 메틸에스테르 또는 에틸에스테르를 경유 대체 연료로 이용하려는 노력을 기울이게 되었다.

식물성오일과 메탄올을 반응시키면 식물성오일의 크기를 정확하게 3개로 나눌 수 있으며 이중 끈적이는 성질을 가진 글리세린을 제거할 수 있다.

식물성 오일 메탄올 메틸에스테르 글리세린

바이오디젤 분자(메틸에스테르)

그림2. 바이오디젤 합성방법 및 바이오디젤 분자 형태

여기서 합성된 바이오디젤은 표1에서 보는 바와 같이 기존 경유와 성질이 매우 유사하며, 따라서 기존 경유와 간편하게 혼합하여 쓸 수 있는 장점을 가지고 있다.

이러한 장점으로 인하여 바이오디젤은 유럽에서는 총 대체에너지 생산량의 70% 이상을 차지하게 되는 중요한 에너지원으로서 자리를 잡아가고 있다.

바이오디젤에 관련된 자세한 내용은 다음 장에서 자세히 다루고자 한다.

표1. 바이오디젤과 기존 경유와의 특성비교

Fuel Property(연료 특성)	Diesel(경유)	Biodiesel (바이오디젤)
Fuel Standard(기본연료)	ASTM D975	ASTM PS121
Fuel Composition(연료 성분)	C10-C21 HC	C12-C22 FAME
Lower Heating Value, Btu/lb(저열값)	130,250	120,910
Kin. Viscosity, @ 40℃(동점도)	1.3-4.1	1.9-6.0
Specific Gravity kg/l @ 60℉(비중)	0.85	0.88
Density, lb/gal @ 15℃(밀도)	7.079	7.328
Water, ppm by wt.%(물함유량)	161	0.05% max
Carbon, wt.%(탄소량)	87	77
Hydorgen, wt.%(수소량)	13	12
Oxygen, by dif. wt.%(산소 비율)	0	11
Sulfur, wt.%(황함유량)	0.05% max	0
Boilling Point ℃(비점)	188 to 343	182 to 338
Flash Point ℃(인화점)	60 to 80	100 to 170
Cloud Point ℃(구름점)	-15 to 5	-3 to 12
Pour Point ℃(탁점)	-35 to -15	-15 to 16
Cetane Number(세탄가)	40 to 55	48 to 60
Autoignition Temperature ℃ (자동발화 온도)	316
Stoichiometric Air/Fuel Ratio, wt./wt. (연소시 필요 공기량(연료대비))	15	13.8

3. 대체에너지의 국내 연구개발 현황

2000년 현재 석유수입 세계 4위 석유소비 세계 6위이면서 1990년대 1인당 에너지 소비증가율이 6.6%에 달하는 한국으로서는 에너지의 다양화가 매우 시급한 실정임에도 불구하고 국내의 대체에너지 개발은 선진국의 대체에너지 개발에 대한 강한 의지와 상용화에 비하여 미약한 것이 현실이다.

한국은 1987년 12월 대체에너지 개발촉진법을 제정하여 총 에너지 양 중 대체에너지 보급율을 3%까지 재고토록 하는 기본계획이 수립되어 1988년부터 본격적으로 기술개발을 추진하도록 하였으나, 이후 1997년 ‘대체에너지 기술개발 및 이용보급촉진법’의 개정과 이에 따른 ‘에너지 기술개발 10개년 계획(1997～2006)’을 수립하여 오히려 목표를 2006년까지 총 에너지의 2%로 공급목표를 하향 조정하였다.

그러나 정부는 기후 협약에 따른 CO₂ 저감대책의 필요성으로 2001년 2월 당초의 계획을 2003년의 2%로 결정하여 이를 정책에 보완하려는 움직임을 보이고 있다.

1998년부터 시작한 국가정책에 의한 대체에너지 개발은 2000년까지 367개 기술과제에 1,742억원이 투자되었으며, 시설 융자지원액은 연구비를 크게 상회하고 있다.

표2. 대체에너지 분야별 기술개발 투자실적

(단위 : 억원)
	태양열	태양광	연료전지	바이오	폐기물	소수력	풍력	기타
투자액	99	240	508	230	172	5	115	146
융자액	1,390	56	-	171	590	245	111	189

연구개발 결과에 대한 에너지 보급 실적을 살펴보면 투자비에 비하여 실적이 크지 않음을 알 수 있다. 특히 전체 대체에너지 보급율에서 쓰레기 소각에서 회수되는 열이 90% 이상을 차지하고 있어 에너지 개발보급의 불균형을 보여 주고 있다.

또한 석유에너지가 96% 이상의 비중을 차지하고 있는 운송용 액체에너지에 대한 대체에너지 개발은 선진국과는 달리, 국내에서는 정보부족과 인식부족으로 인하여 거의 이루어지고 있지 않는 실정에 있다.

표3. 대체에너지 보급실적

(1999년말 기준)
	태양열	태양광	연료전지	바이오	폐기물	소수력	풍력
공급비중 (%)	2.2	0.2	0	3.4	92.7	1.4	0.1
내용	태양열 온수기 18만대 급탕설비 3천대	마라도 등 4개소 3.7㎿	-	주정,식품공정 (비에너지분야)	폐기물 소각로 열분해로 473기	강원 등 24개소 42㎿

그러나, 이에 대한 인식이 확산된 2000년 이후 과기부와 환경부의 주도로 전략사업화하여 바이오디젤 연구개발 사업이 수행되고 있다.

Ⅱ. 대체에너지로서 바이오디젤의 현황과 세계정책

1. 바이오디젤의 탄생과 석유제품(경유)으로의 대체

인류가 개발하여 현재까지 커다란 역할을 하고 있는 제품 중 하나가 디젤엔진이다. 디젤엔진은 연료효율이 휘발유엔진보다 좋을 뿐만 아니라 강력한 힘을 요구하는 동력원으로서 없어서는 안될 제품으로 각광을 받고 있다. 1895년 Dr. Rudolf Diesel에 의하여 세계 최초로 개발된 디젤엔진의 연료는 지금의 석유계 경유가 아닌 땅콩기름이었다. 즉, 식물성 오일은 새로운 디젤연료가 아니라 최초의 디젤엔진용 연료이다. 1900년 파리 세계 전시회에서 선보인 디젤엔진은 눈부신 발전을 거듭하게 되었고 세계대전으로 인한 수송 수요처가 발생되었다. 이에 따라 대규모 값싼 연료의 필요성으로 인하여 석유로부터 식물성연료(바이오디젤유)와 동일한 물성을 갖는 현재의 경유가 개발되어 생산됨으로써 값비싼 청정 연료인 바이오디젤은 빠르게 종적을 감추게 되었다. 즉, 바이오디젤은 오랫동안 최초의 디젤연료로서 사용되었다는 사실이 잊혀지기에 이르렀다.

2. 바이오디젤의 새로운 조명과 파급효과

가. 대체에너지로서 바이오디젤

2차 대전이후 산업의 발달에 의한 대량생산과 대량소비를 향유하던 서구의 패러다임은 중동전 이후 석유를 무기화하면서 불어닥친 여러차례의 석유파동으로 인하여 매우 충격적으로 변화하기 시작하였다. 산업화 초기의 국내와는 비교할 수 없을 정도의 타격을 입은 선진국들은 에너지절약 사회로의 전환과 더불어 새로운 에너지원의 확보에 에너지 정책의 모든 우선권이 주어 졌고, 이에따라 사회 기저에너지 공급을 위한 고밀도 에너지원인 원자력발전 등에 많은 역량을 투입하였다. 이와 더불어 가장 대체하기 어려운 유동성 수송연료의 대체연료개발에 많은 투자를 개시하였다. 전세계 자동차의 30%가 넘는 디젤엔진의 연료로서 바이오디젤에 많은 관심이 집중되었다.

바이오디젤은 그 최초 경유연료로서 사용되었던 것에서와 같이 기존의 경유와 그 성질이 완전히 일치하기 때문에 엔진의 어떠한 교체 없이도 즉시 사용할 수 있는 잇점이 있다(표4 참조). 그러나 일반적인 대체에너지 개발 분야에서 당면하고 있는 비경제성 등 문제점들의 해결 없이는 바이오디젤 역시 실질적인 대체에너지로서 정착되는 일은 매우 어려운 일이었다.

표4. 대체연료의 효율 및 대체시 추가비용

(단위 : %, 달러/대)
구분	엔진효율		자동차 제작 추가비용
구분	승용차	트럭	승용차	트럭
디젤→바이오디젤	-	±0	-	0
가솔린,디젤→메탄(CNG)	15	△15	1,300	7,800
가솔린, 디젤→에탄올	15	±0	520	1,900

자료 : 산업자원부

위에서 보는 바와 같이 대체에너지의 보급은

․경제적측면

․생산량 확보

에 따라 성공여부가 가름된다고 할 수 있다.

바이오디젤의 경제성은 1990년대에 들어와서 적극적인 검토가 시작되었다.

․80년대 석유파동이후 경유의 생산가격 급등과 더불어, 석유소비 억제를 위한 석유 소비세의 도입으로 경유의 소비자 가격이 급속도로 상승하였고

․바이오디젤의 원료인 식물성 오일의 가격은 1950년 톤당 2,000$에서 1990년 500$로 감소하였으며, 통계적으로 볼 때 연간 3.4%의 가격하락율을 보이고 있다. 이는 인플레이션을 감안할 때, 식물성 오일의 가격이 매우 저렴하게 떨어졌음을 알 수 있다.

그림3. 대두유의 가격 변동 추이

(CTVO final conference, 2000)

1990년 중반에 들어서면서, 면세된 바이오디젤의 가격이 세금을 포함한 경유의 소비가격 보다 낮아지는 시점 이후 유럽의 각 정부는 그동안 기술개발의 마무리 단계였던 바이오디젤 산업을 출범시키기 시작하였다. 1993년 프랑스의 노방스사가 최초로 연간 3만톤 규모의 바이오디젤 생산공정을 가동하기 시작한 후 현재 유럽은 프랑스, 독일, 이탈리아를 중심으로 120만톤의 생산량을 기록하고 있다. 이는 유럽 각국이 바이오디젤에 대한 동일한 면세혜택을 부여하여 바이오디젤의 생산을 독려하고 있기 때문이다.

표4. 유럽 각국의 바이오디젤 ℓ당 면세혜택

프랑스

독일

이탈리아,오스트리아 등 기타 유럽국가

2.4 FF

(432원)

0.57DM

(400원)

독일과 동일

선진국의 바이오디젤에 관한 세제혜택은 바이오디젤 생산기업의 개발을 고취시키게 되었고, 비연속 반응공정에서 고성능 연속식 반응공정으로 발전됨으로써 생산원가 절감으로 연결되는 상승효과를 보이고 있으며, 각종 기술개발은 농지에서 생산량 증대를 위한 농업생산기술과 유전공학 관련 기술을 촉진시키고 있다.

농업에 기반을 둔 바이오디젤 산업은 대체에너지 개발분야 중 경제성과 동시에 대량 생산기반을 갖추고 있는 몇 안되는 분야이다. 전세계에 널려있는 밀림, 유휴지 및 2모작 용지의 이용을 통하여 각 지역, 기후에 알맞는 다양한 유지식물을 재배할 경우, 추가생산량은 현재(1999년 현재) 오일의 총 생산량 8천만톤을 넘어설 것으로 추정된다. 이와 더불어 현재 생산작물 선정 곤란으로 경작을 하고 있지 않는 중국, 우크라이나, 러시아, 캐나다, 호주, 남미 등 광활한 유휴지를 고려하는 경우, 매년 재생산하여 얻어지는 식물성오일의 양은 현재의 경유를 상당량 대체할 수 있는 바이오디젤에 전용할 수 있다. 이러한 관점에서, 유럽의 경우 2010년까지 전체 경유의 12%와 미국의 경우 2020년까지 20%를 대체하려는 전략은 큰 무리없이 추진될 것으로 사료된다.

한편 그림에서 보는 바와 같이, 경작지 확대와 더불어 단위 경작면적(ha)당 생산량은 유체의 경우 1960년 1,400㎏(씨앗 무게기준)에서 2010년에는 4,000㎏으로 약 3배 증가될 것으로 예상되어, 증산량이 곧바로 가격하락으로 연결되고 있다.

그림4. 유채씨앗의 생산량 증대현황

한편 경유의 생상원가는 환경을 고려한 품질의 향상요구로 인하여 1988년 대비 1991년 생산비는 88% 증가하였고, 2005년의 석유품질기준을 유지하는 경우 이 보다 더 높은 생산원가가 될 것이다.

따라서 세계의 바이오디젤 정책입안자들은 2005년 이후에는 바이오디젤의 가격이 석유계 경유의 가격보다 저렴해질 것으로 판단하고 있다.

이럴 경우 바이오디젤은 세계에서 유일하게 상용화되고 대량생산되어지는 대체에너지가 될 것으로 확신되고 있다.

나. 환경적인 관점

1) 청정연료로서의 관점

바이오디젤의 청정성은 여러 경로를 통하여 충분하게 입증되어 왔다. 식용으로 사용되는 식물성오일이 그 원료라는 것에 보여주듯이 바이오디젤 성분에는 석유계 경유에 포함되어 있는 발암성 방향족 벤젠계 고분자가 거의 포함되어 있지 않으며, 따라서 인체에 무해하며, 자연계에서 28일 경과시 77% 이상 분해되는 특징을 가지고 있다.

이에 따라, 프랑스와 오스트리아에서는 누출시 오염의 정도가 심한 담수호의 선박에 집중적으로 사용되고 있다.

또한, 바이오디젤에는 황성분이 없기 때문에 연소시 산성비의 원인인 황 산화물이 발생되지 않는다.

표5. 바이오디젤과 일반경유의 공해물질 함량

	벤젠계 발암성고분자	황함유량	누출시 환경분해성(28일)
바이오디젤	0.30 ㎎/㎣	〈 10 ppm	77 %
일반경유	5.01 ㎎/㎣	360 ppm	-

각국은 일반경유에서 황성분을 줄이려는 노력을 많이 기울여 오고 있으며 이에 대한 규제치가 점점 강화되어 현행 360ppm에서 2005년까지 점차적으로 50ppm으로 낮추도록 예고를 하고 있다.

그러나 황함유량을 낮출 경우 경유의 윤활성이 급격히 저하하여 연료분사기의 심각한 고장을 초래하고 있으며, 연료의 불완전 연소로 공해가 증가할 수 있다.

따라서 유럽은 경유의 윤활성이 HFRR 시험에서 금속봉의 마모 직경이 460㎛ 이하가 되도록 규정되어 있으나 저유황 경유의 경우 500㎛을 크게 상회한다.

이에 반하여 바이오디젤은 유황성분 없이도 200㎛이하로 크게 낮다. 따라서 바이오디젤과 경유를 적절하게 혼합하여 사용할 경우, 마모성이 대폭 감소하여 일반경유의 유황 함량을 크게 낮출 수 있어 공해감소효과가 크며, 이와 더불어 황산화물의 독성으로 인하여 현재까지 장착하기 어려웠던 후연소장치를 자동차 배기구에 설치할 수 있어 미세먼지나 질소산화물의 양을 더욱 낮출 수 있는 장점이 있다.

표6. 바이오디젤의 윤활성

마모량(㎛)

바이오디젤-A

바이오디젤-B

경유(도시형 디젤연료)

경유 + 0.5v% 바이오디젤

경유 + 0.8v% 바이오디젤

경유 + 1v% 바이오디젤

경유 + 2v% 바이오디젤

경유 + 5v% 바이오디젤

580

550

500

300

180

580

450

280

그림5. 바이오디젤의 윤활성

한편 바이오디젤은 지방산 메틸에스테르로서 분자내에 10%이상의 산소를 포함할 수 있다.

지방산 메틸에스테르 MTBE

바이오디젤의 주성분 무연휘발유 산소첨가제

그림6. 바이오디젤과 무연휘발유의 산소첨가제의 비교

따라서 휘발유의 산소첨가제와 마찬가지로, 바이오디젤 100% 또는 경유와 혼합하여 사용할 경우, 산소의 산화촉진작용으로 인하여 연소가 어려운 발암성 방향족 고분자의 연소를 촉진함으로서 분진(미세입자), 매연, 일산화탄소 등 각종 공해물질의 양이 급격히 감소한다. 그러나, 연소 촉진에 의한 엔진의 온도 상승으로 공기중 질소의 산화가 촉진되어 질소산화물의 양이 2～13% 정도 증가함을 보여주고 있다. 반면 질소산화물과 휘발성 유기물질에 의한 오존발생은 -50～-10% 감소함을 보여주고 있다.

미 의회에서는 2년간의 연구와 조사를 바탕으로 바이오디젤을 대기청정법률에 의거하여, 청정에너지로 결정하였다.

표7. 바이오디젤의 공해감소효과(미국의 자료)

	B100 (100% 바이오디젤)	B20 (20% 바이오디젤 + 80% 일반디젤연료)
총미연소탄화수소(THC)	-93%	-30%
황산화물(SOx)	-100%	-20%
질소산화물(NOx)	+13%	+2%
일산화탄소(CO)	-50%	-20%
분진(PM)	-30%	-22%
오존발생잠재도(OFP)	-50%	-10%
발암성 방향족 화합물(PAH)	-80%	-13%
질화 발암성 방향족 화합물(nPAH)	-90%	-50%

출처 : 국립바이오디젤 협회 USA, 2000

표8. 프랑스의 대형버스에 대한 공해감소효과(2년간 6회 검사)

		순수경유	Diester 30 %	Diester/경유 (%)
성능	Maxi. Couple (N.m)	869	876	+ 0.8%
성능	Maxi Power (kW)	149.6	154.7	+ 3.4%
공해 배출량	Azote Oxides (ppm volume)	221	221	0%
	Total Hydrocarbon (ppm volume)	60.7	44.7	-26%
	Particules (mg/m3)	54.9	44.0	-20%
	Carbone Oxides (ppm volume)	604	480	-21%
	매연	3.22	2.59	-20%

2) 기후변화협약의 관점

최근 모로코에서 끝난 제7차 유엔기후변화협약 당사국회의에서 지구온난화의 주범인 이산화탄소 배출을 감소시키는 교토 의정서 이행 안이 합의되었다. OECD국가 중 멕시코와 함께 이 협약에 제외된 우리나라로서도 간과할 사항이 아니다.

현재 비준을 거부하고 있는 미국도 종국적으로 교토협약에 참가할 것으로 예상되며, 참여조건으로 한국, 중국 등 일부국가에 대한 공동이행을 요구할 가능성이 있으며, 이밖에 여러 각도로 협약의 조기 이행을 요구할 수 있는 상황에 놓일 수 있는 것이다.

이에 따라 국제적으로 논의되고 있는 배출권 거래제도에 대한 관심이 집중되고 있다. 배출권 거래제도는 법적 허용기준 이내로 대기오염을 배출한 기업들에게 그들의 잔여 할당량을 배출기준 초과 국가들에게 판매할 수 있도록 허용하는 제도이다.

바이오디젤은 재생산에너지로서 식물성오일에서 합성하기 때문에 연소시 발생되는 이산화탄소는 식물이 흡수하여 만들어진 순환경로를 갖는다.

따라서 바이오디젤 중 식물이 생산한 탄소함량이 95%이기 때문에 이에 대한 바이오디젤 1톤당 2.2톤의 이산화탄소가 재생된 것으로 환산하여 이를 국가 발생량에서 저감시켜주고 있다. IPCC기준을 바탕으로 조사 결정된 상기 수치를 현행 배출권 가격으로 환산하는 경우 바이오디젤 1톤당 60$(78,000원)에 해당된다.

IPCC 환산기준

프랑스의 경우, 97년 기준으로 278,000톤의 바이오디젤을 사용함으로서 611,600톤의 CO2를 저감시킬 수 있었다. 상기 결과 중 한국에 관심이 되는 사항은 CO2 배출 총량의 저감 부분이다. 에너지증가율이 매우 높은 우리로서는 CO2 배출량이 예상 규제치를 초과할 것으로 보이기 때문에 에너지원에서 CO2를 저감하는 각별한 노력이 국가의 경쟁력과 더불어 긍정적인 이미지에 큰 영향을 끼치기 때문이다.

만일 한국이 국내 총 경유 사용량(2,100만톤) 중 1%를 대체할 경우 20만톤의 바이오디젤에 해당되는 44만톤의 CO2를 저감시킬 수 있다. 한편 국내에서 가정과 공장에서 사용한 후 회수되지 못하고 버려지고 있는 폐식용유의 양이 20만톤으로 추정되기 때문에 이를 회수하여 바이오디젤로 전환 사용하는 경우 44만톤의 CO2를 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

참고로 폐식용유를 이용하여 바이오디젤을 생산하는 국가로는 독일과 오스트리아가 있는 데, 오스트리아에서는 약 3만톤의 폐식용유를 수거하여 바이오디젤을 생산한 후 주로 담수호의 각종 산업용, 레저용 선박에 공급하고 있다.

이를 종합하여 보면 기후변화협약은 바이오디젤에 대한 또 다른 차원의 경제성을 부여하고 있음을 알 수 있다.

3. 선진국 바이오디젤 정책과 지원현황

가. 선진국의 바이오디젤 개발 관장 기구

미국에서는 에너지부(Department of Energy : DOE)의 “에너지 효율 및 재생에너지국(Office of Energy Efficiency and Renew -able Energy : EE)”에서는 환경을 보호하고 경제부분의 국가 경쟁력을 높이기 위한 측면에서 에너지 효율을 높이고 재생 에너지 기술을 개발하기 위한 연구, 개발 및 판매망을 확보하는 등의 임무를 수행하고 있다.

미국의 대체에너지 연구개발은 국립재생에너지연구소 (National Renewable Energy Laboratory)에서 주도적으로 참여하여 대학, 민간 기업체와 활발한 공동연구를 수행하고 있다.

유럽 바이오 청정연료의 개발은 다른 국가전략 연구사업과 마찬가지로 지난 20년간 국가, 기업, 연구기관이 유기적으로 연결되어 추진되어 오고 있다. 한편 연구개발 내용은 대부분이 대외 비밀로 취급되어 있어, 연구개발기관을 파악하는 것은 매우 어려운 작업 중에 하나이다. 이의 주된 이유로써는 개발기술이 현재와 미래의 중요한 기술자원이 될 수 있다는 것 이외에도, 미국과의 Oil seed 무역전쟁에서 주요 안건의 하나인 정부의 연구개발 지원금 여부가 공표 되어서는 안되는 현실적인 사정이 내포되어 있다. 그러나 연구개발 체계의 이해는 현재 연구개발 방향을 이해하는데 많은 도움을 줄 수 있다. 이러한 취지에서 바이오연료 개발의 선두주자인 프랑스의 연구개발 체계를 간략하게 서술하고자 한다. 프랑스 바이오 연구개발의 총괄기관은 AGRICE/ADEME이다. ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maitrise de l'Energie)은 환경 에너지부 산하기관으로서, AGRICE(Agri -culture pour la chimie et l’Energie - France) 로부터 연구개발 업무를 위임받아 프랑스의 환경 에너지 관련 연구개발 과제를 총괄하는 기관이다. ADEME은 유럽의 다른 정부기관과 협조하에 대체에너지 개발기금을 출연하고 사업관리를 총괄한다.

잠시 유럽의 총괄기관을 서술하자면, 이 분야의 형식적인 유럽의 최상부 연구개발 기관은 ERMA (European Renewable Raw materials Association) 이다. ERMA는 다음과 같은 3개의 주요 목표를 위하여 설립되었다.

· 유럽의 주요 산업의 원료 공급원으로써 바이오원료의 공급 능력 증대

· 바이오 제품의 새로운 시장 진입을 위한 바이오 테크놀로지 능력 증대

· 연료 및 화학제품에 대한 바이오 환경친화제품의 공급확대를 위한 유럽연합의 환경, 에너지, 농업정책 수립

위의 목적 하에 ERMA는 현재 비식용분야에서 바이오 환경제품개발을 1차 목적으로 하고 있으며 그 산하기관으로 4개의 정부 기관을 두고 있다 (AGRICE ; Agriculture pour la chimie et l'Energie-France, ACTIN ; Alternative Corps Technology interaction Network-United Kingdom, AIACE ; Agricoltura Innovativa per l'Ambiente, la Chimica e l'Energia-Italy, FNR ; Fachagentur Nachwachsende Rokstoffe e.v. Germany).

다시 프랑스의 연구기관으로 돌아오면, ADEME은 INRA (프랑스 농업과학연구소), CIRAD (농업정책개발연구소), IFP (프랑스 석유연구소), CNRS (프랑스 기초과학연구센터), CATAR / INPT (프랑스 국립과학원/ 바이오재료 연구센터) 등 국립연구소의 바이오 대체연료 개발연구를 관장한다. ADEME에서 제공하는 연구 비용은 100 % 정부 출연 연구기금으로써 연구개발 결과는 정부의 소유가 아니라 직접 생산을 관장하는 기업으로 이전된다. 바이오 대체연료 개발에 관련된 연구진은 프랑스에만 약 300 에서 500여명으로 추산된다. 연구에 소요되는 기금을 충당하고 개발기술의 기업 이전을 촉진하기 위하여 유럽의 각 국은 기술이전촉진 기관을 설립하였는데 프랑스의 경우는 식물성 오일의 생산조합이 설립한 onIDOL (Organisation Nationale de Industrie de l‘Oleogeneuse) 이 그 역할을 담당하고 있다. onIDOL은 프랑스에서 생산되는 식물성 오일의 총 매출액 기준으로 일정 부분을 법적으로 자동 출연 받은 기금으로 연구개발 자금으로 각 연구기관에 재출연하고 있을 뿐만 아니라 Sophiproteol 이라는 바이오디젤 생산기업을 만들어 직접 환경친화연료를 생산하고 있다.

관련 연구 재정지원을 위하여 유럽은 각국의 출연기금을 이용하여 IENICA (Interactive European Network for Industrial Crops and their Application) 라는 연구기금을 지급하고 있는데, 이는 FAIR (DG XII) programme 이라는 미래 대비 기술개발 프로그램에 속해 있다.

국책연구소와 긴밀한 협조를 통하여 유럽의 기업들 (Henkel, ICI, Novance, Novaol, Rhône-poulenc 등)은 바이오연료를 포함한 환경친화제품의 연구개발에 막대한 자금을 투자하고 있다. 이들 기업의 연구 효율을 증진시키기 위하여 ERMA등 정부기관은 국가 보유 기술의 기업 이전을 촉진하고 기업과 기업, 기업과 정부, 기업과 연구소간의 공동연구 능력 향상을 위한 네트워크를 구축을 하고 전문가 회의(Commitee)를 수시로 개최한다.

유럽 연합의 DG XII, Fait Programme에 의하여 강력한 지원을 받는 CTVO-net (Chemical-Technical Utilisation of Vegatable Oils-network)는 유럽이 2000년대 바이오 환경친화제품 생산기술의 세계 우위를 확보하기 위한 효율적인 정책을 세우기 위해 3년간 존속한 Commitee중 하나이다. 이 네트워크는 2000년 6월 최종 회의를 통해 해산할 때까지 유럽 23개국의 422명의 각계 전문가 (산업체 38%, 연구기관 25%, 대학 18%, SME 4% 그리고 4%의 정부기관, 기타 6%) 가 참여하여 바이오연료 기술개발을 포함한 6개 분야에서

· 유럽 국가의 식물성오일에 관련된 화학기술 관련 기업, 연구소에서의 연구개발 활동에 대한 연계

· 연구결과의 관련 기업 이전 촉진

· 산업체의 필요 기술 규명

· 석유제품에 대응하는 환경친화제품의 환경적 영향평가

· 바이오 환경친화제품을 위해 필요한 향후 기술 파악을 목표로 활동하였다.

유럽의 환경친화제품에 관련한 기술개발은 위에서 살펴본 것과 같이 최고의 기술확보를 위한 단일 목적을 가지고 매우 치밀하게 활동하는 거대한 유기 조직체 내에서 이루어지고 있다. 연구개발의 방식도 주로 한 주제에 대하여 여러 기관이 공동으로 참여하는 것이 일반적이다. 따라서 연구개발의 종료시 정책방안, 법령 개정안부터 생산기술까지 최적 안이 제시되는 것이 일반적인 사례라고 말할 수 있다. 따라서 대부분의 보고서는 전술된 바와 같이 비밀로 취급되어, 이 분야는 연구방식이나 조직의 파악이 매우 어렵다는 특징을 갖고 있다.

나. 지원정책과 지원법안

1) 선진국의 바이오디젤의 사용동향 및 지원제도

선진국의 사용동향은 다음과 같이 간략하게 서술할 수 있다.

① 1983년

- 유럽에서는 바이오디젤 연료개발을 청정대체 에너지원 개발 전략으로 채택하였다.

② ～1993년

- 각종 정책 연구, 기술개발에 주력하여 생산기술 기반 확보와 법제도 정비 방안을 도출하였다.

- 세계 최초로 프랑스에서 상용 생산시설을 건설(3만톤/년)하였다.

③ 1993년

- 유럽 300여 도시에서 버스, 관용차, 청소차 등을 이용 시범사업을 개시하였으며, 지속적으로 생산시설을 확충하고 있다.

④ ～1997년

- 유럽의 바이오 디젤생산량이 50만톤을 돌파하였으며, 2010년까지 총 에너지의 14%를 바이오 연료로 대체하기로 결정하였다(유럽연합백서 제26권, 바이오디젤의 경우 500만톤 이상 생산이 필요함)

⑤ 1998년

- 미국의회에서 미국내에 바이오디젤 도입을 검토하기 시작하였다.

⑥ 1999년

- 유럽의 생산량이 70만톤을 돌파하였다.

- 클링턴 미대통령 령에 의하여 바이오디젤의 사용을 권장하였으며 2020년까지 전체 디젤의 20%를 바이오디젤로 대체하기로 결정하였다.

⑦ 2000년

- 미 의회는 2년간의 연구와 조사를 바탕으로, 바이오디젤을 대기청정법률에 의거하여, 청정에너지로 결정하고, 청정에너지에 해당하는 모든 혜택을 부여하였다.

2) 선진국의 바이오디젤 사용 지원현황 (프랑스의 바이오디젤 사용증진 방안의 정책적 지원을 중심으로)

프랑스의 바이오디젤 지원방안을 크게 세제 혜택과 환경법규강화를 들 수 있다.

① 세제 혜택

- 1992년 제정법 (1996년 까지 한시법)

파일롯트 규모에서 생산되거나, 공해 저감 및 대체연료로서 도시에서 실험되는 바이오디젤의 면세 혜택 부여

- 1993년 제정법

상기법을 한시법에서 영구법으로 개정

- 1993년 수정 제정법

. 휴한지에서 생산된 식물성 오일에서 만들어진 바이오디젤에게만 면세 혜택을 줌

. 외국에서 수입한 경유에 바이오디젤 연료를 섞을 경우에도 모든 경유 전체에 면세 혜택을 줌

. 면세 혜택 범위는 리터 당 2.3프랑 (400원) 이하로 함

- 1997년 수정 제정법

. 모든 식물성 오일에서 만들어진 바이오디젤을 경유와 섞을 때에도 그 경유에 대하여 2.3프랑의 면세 혜택을 함

. 바이오디젤 생산업체를 위하여 매년 면세 혜택을 받는 총 금액의 20 %를 기업에게 보조금으로 미리 지원을 해 줌

- 1998년 수정 제정법

. 바이오디젤 혼합 경유에 대하여 최대 2.4프랑의 면세 혜택을 줌

- 추후 법 개정 준비(안)

. Kyoto 협약에 의거하여 유럽에서 신설될 공동 세금인 환경세 조항에 바이오디젤 연료의 사용을 장려하는 항목을 삽입할 예정임

② 환경 법규 강화

- 1996년 12월, 대기법

. 2000년 1월 1일 모든 액체 연료내의 최소 산소 함유량 규정(21 III항)

. 2000년 1월 1일 이전, 연료에 대한 조성을 재 결정함

(21 IV항)

. 정해진 도심 차량에 사용하는 연료의 고산소 첨가제 사용(24 III항)

- 대기법 24 III항의 규정

. 주변인구 포함 10만명 이상의 도시에서 최소 20대 이상을 보유한 공공기관, 또는 공공 서비스를 제공하는 업체 (운수 업체), 공공기관의 계약 또는 보조를 받는 업체 등은 반드시 최소한의 산소를 함유한 연료를 사용하여야 함

표9. 유럽의 현재와 2005년의 경유 사양 및 바이오디젤 사양

항목	사양
	경유		바이오디젤 (참고)
	현재	2005	바이오디젤 (참고)
황함유량(ppm)	500	50	5-15
발암성 방향족 고분자(%)	규정없음	11	0
밀도(㎏/㎥)	860	845	880
세탄가	49	51	51

20 %의 Diester는 경유 내 2.2%의 산소를 포함하므로 앞의 대기법 24 Ⅲ항의 규정을 만족함

③ 독일, 이탈리아 등 각 국은 프랑스와 유사한 지원방안이 마련되어 있음.

Ⅲ. 세계 바이오디젤의 생산기술과 사용현황

1. 바이오디젤의 생산공정의 특징

식물성오일과 알코올을 혼합하여 다음과 같은 3가지 방법으로 바이오디젤을 생산할 수 있다.

① 염기촉매를 이용한 에스테르교환반응을 이용하는 방법

② 직접 산촉매를 이용한 에스테르반응을 이용하는 방법

③ 지방산으로 전환 후 바이오디젤을 생산하는 방법

일반적으로 염기촉매를 이용한 에스테르교환반응이 가장 많이 쓰고 있는 데 이 공정은 다음과 같은 특징이 있다.

① 저온저압의 조건으로 반응한다.

② 가역반응으로 고수율 획득에 어렵다.

③ 다단계 반응공정으로 전환율 98%의 높은 반응율을 나타낼 수 있다.

④ 중간체 없이 바로 바이오디젤로 전환이 가능하다.

바이오디젤을 생산하는 공정은 그림에서 보는 바와 같이 다음과 같은 순서로 진행된다.

전처리 → 촉매혼합 → 에스테르교환반응

→ 메탄올회수 → 분리 → 세척 → 제품(바이오디젤)

즉 동식물성오일은 염기촉매하에서 과량의 알코올과 반응시키면 에스테르 화합물(바이오디젤)과 글리세린이 생성된다. 반응 후 과량의 알코올을 회수하며, 점도가 높은 성분인 글리세린과 촉매를 층분리 방법으로 제거할 수 있으며, 이후 물을 이용하여 세척한 후 건조과정을 거쳐 최종 연료로 생산된다.

이상에서 살펴본 바이오디젤의 생산공정의 핵심기술은 96.5% 이상의 바이오디젤을 합성시키는 반응기술과 공정비용이 많이 소요되는 세척공정이다. 지난 20년간 서구 연구진은 여러 가지 방법을 이용한 고성능 대량 생산공정 개발에 많은 힘을 기울여 왔다.

그림7. 바이오디젤의 생산기술원리

2. 바이오디젤 생산공정의 발전

바이오디젤의 대량 생산공정 개발은 주로 강염기성 균질 촉매를 이용하고 있다. 유럽에서는 1980년대에 KOH, K₂CO₃, NaOH와 같은 강염기 촉매를 이용한 에스테르 제조공정 개발을 중점적으로 수행하였고 많은 특허를 제출하였다. 프랑스의 노방스사는 세계 최초로 강염기성 촉매를 이용한 제조방법의 상용화에 성공하여 연간 3만톤의 바이오디젤을 생산하고 있다. 현재 가동되는 강염기 촉매를 이용한 공정에서는, 수배 내지 수십 배로 저급알코올에 희석된 유지를 수산화나트륨 촉매 하에서 1내지 10시간에 걸쳐 지방산 알킬에스테르와 글리세린으로 분해시킨 다음, 분리탑에서 지방산 알킬에스테르와 글리세린이 분리된다. 이때, 글리세린 층에 존재하는 염기성 촉매는 황산 등 산으로 중화시켜 침전시킨 다음 여과공정을 거쳐 제거되고, 여과가 완료된 용액은 증류 분리탑으로 이송되며, 여기서 저급알코올은 증류에 의하여 제거된다. 분리탑에서 분리된 지방산 알킬에스테르는 수차례의 물 세척을 거쳐, 최종 생산품으로서 건조탑에서 회수된다.

그러나 수산화물 균질촉매를 이용한 공정은 촉매가 친수성이 매우 높아 식물성 기름에 대한 용해도가 낮아 반응성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한 이러한 공정은 대부분이 비연속식 Batch 반응기에서 이루어지고 있어 공정의 효율성 증대와 생산량의 증대에 있어 많은 단점이 도출되고 있다.

여러 가지 촉매와 연관된 연속식 반응공정 개발은 지방산 알킬에스테르의 생산성 증대를 위한 가장 중요한 요소로서 근래 들어 많은 공정이 개발되고 있다.

오스트리아에서는 연속식 교반반응기(Continuous Stirred Tank Reactor) 2개를 직렬로 연결한 공정을 개발하여 대량생산 체계를 마련하였다. 이 공정에서는 먼저 제1반응기에서 동식물성 유지와 메틸알코올을 알칼리 촉매와 혼합하여 바이오디젤을 합성한다. 이 반응의 특징은 초기 유지와 메틸알코올이 2상(액/액)을 형성하여 반응이 일어나며, 디글리세리드, 모노글리세리드가 형성하는 반응 도중은 단일상을 형성 후 강친수성 글리세린과 강친유성 지방산 알킬에스테르의 농도가 증가하여 2상을 형성한다. 따라서 반응 초기와 반응 말기에는 촉매가 친수성 반응물에 극도로 녹기 때문에 반응이 일어나기 위하여 강한 교반이 필수적이며, 말기에는 특히 글리세린 층에 대부분의 촉매와 상당량의 메틸알코올이 상당량 녹아들어가 반응의 진행이 늦어지거나 수율이 떨어지는 현상을 나타낸다. 따라서 강력한 교반기가 반응기에 설치되어야 한다. 그러나 잘 혼합된 상태에서도 에스테르교환반응이 가역반응이므로 2상계 반응에서는 수율이 80～90% 정도에서 평형을 이룬다. 따라서 97% 이상의 고순도 지방산 메틸에스테르를 얻기 위하여 1차반응 후 촉매와 저급알코올을 흡수한 글리세린을 제거해야만 한다. 글리세린을 제거한 후 다시 메틸알코올과 촉매를 첨가하여 2차반응기에서 반응시킴으로서 97% 이상의 순도를 얻을 수 있다.

위 반응공정은 복잡하지만 연속적인 2단계 공정으로 지방산 알킬에스테르를 대량으로 생산할 수 있는 최초의 연속공정이라 볼 수 있다. 그러나 2상 반응으로 인한 상당량의 촉매와 메틸알코올이 글리세린 층으로 옮겨가는 문제점으로 인하여 반응속도가 느려 설비가 커지는 단점이 있다.

연속공정에서 촉매의 효율을 높이려는 노력은 여러 가지 연속공정의 후속적인 개발과 함께 지속적으로 이루어졌다. 알칼리 촉매를 대체하기 위하여 Na 금속촉매를 이용한 연속공정(프랑스), Na와 K를 이용한 식물성 오일의 에스테르 교환반응(미국) 등 다양한 방법이 개발되었다. 특히 독일의 Henkel사가 개발한 소듐 메톡사이드 촉매를 이용한 연속식 관형반응기에서의 지방산 알킬에스테르 합성 공정은 2상 반응에서의 촉매 성능 저하방지와 공정처리 성능을 높이기 위한 방안을 제시하고 있다.

다단계 연속식 교반반응기의 비효율성과 과다한 장치비를 줄이기 위한 방법으로는 연속식 관형반응기가 이상적이나, 혼합장치가 없는 관형반응기에서 2상 반응의 효율을 높이는데는 많은 제한점이 있다. 이들은 글리세린 층으로 촉매의 이동 방지를 위하여 메틸에스테르(친유성 성분층)에 잘 녹는 소듐 메톡사이드를 사용함으로서 촉매의 성능 저하를 최소로 하였으며, 반응초기와 말기의 2상의 혼합을 극대화하기 위하여 관형반응기에서 반응액을 빨리 지나가게 하여 혼합 성능을 높게 유지하였다. 그 결과 연속식 관형반응기의 혼합특성이 연속식 혼합반응기의 성능에 일치하도록 하는데 성공하였다. 따라서 Henkel사는 연속식 관형반응기를 2개 이상 직렬로 설치하고 그 사이에 글리세린 회수설비와 저급알코올 및 촉매의 추가 공급시설을 설치한 2단계 이상의 다단계 직렬식 연속 관형반응기 공정의 개발을 완료하였다.

97%이상의 고순도 지방산 알킬에스테르, 특히 지방산 메틸에스테르는 현재 바이오디젤로 사용이 급격히 증대되고 있는데, 유럽의 바이오디젤의 사양에 의하면 순도가 96.5% 이상이 되어야 한다. 따라서 96.5% 이하의 지방산 메틸에스테르는 연료로서 사용할 수 없기 때문에 최소한 2단계의 반응이 요구되고 있다. 이 공정은 현재 유럽과 미국의 표준공정으로 채택되어 바이오디젤의 보급에 큰 역할을 하고 있다.

최근 일본에서는 상기 독일의 공정과 유사한 조건(알코올/유지 비율이 4.3～6.6, 15분)에서 소듐 하이드록사이드를 촉매로 이용하여 폐식용유를 지방산 메틸에스테르로 전환하는 공정을 개발하기도 하였다.

위에서 보는 바와 같이 많은 공정개발과 공장건설로 바이오디젤의 상용화가 이루어지고 있으나, 지속적인 연구개발이 진행되고 있어, 새로운 형태의 공장이 계속적으로 건설되어질 전망이다.

3. 바이오디젤의 사용방식

가. 청정대체연료로서 사용

바이오디젤을 청정연료로서 사용은 그 목적에서 찾아볼 수 있듯이 명확하다. 그러나 세계의 바이오디젤 생산량은 2000년 현재 기존의 석유계 경유에 비하여 2%미만이기 때문에 확대보급과 청정 효율을 극대화하기 위하여 기존의 경유에 혼합하여 사용하고 있다. 이에 따라 선진 각국은 그 나라 특성에 맞는 방식을 채택하여 사용량을 확대하고 있다. 표10은 각국의 바이오디젤의 사용방식을 정리한 것이다.

표10. 각국의 바이오디젤 사용방식

사용국가	사용방식	사용처
미국	기존 경유 80% + 바이오디젤 20% (BD20)	관공서 차량 대형트럭 공공버스
프랑스	기존 경유 70% + 바이오디젤 30%	도심버스 관공서 차량
	극저유황경유 70% + 바이오디젤 30%	공해가 심한 대도시버스
	기존 경유 97% + 바이오디젤 3%	도심주변 주유소를 통해 일반 디젤 차량에 보급
독일	100% 바이오디젤	도심용 버스
독일	기존 경유 95% + 바이오디젤 5%	대도시 주변 일반 디젤 차량
스웨덴	극저유황 경유 70～95% + 바이오디젤 30～5%	대도시 버스
이탈리아	100% 바이오디젤	대도시 난방용 연료
이탈리아	기존 경유 70% + 바이오디젤 30%	대도시 버스

표10에서 보는 바와 같이, 현재 바이오디젤 공급이 부족하기 때문에 대체에너지 총량적 개념에서는 사용량은 같으나, 공해저감 측면에서 넓은 지역에 혜택을 주기 위하여 일반 경유(황함량 360ppm) 또는 극저유황 경유(황함량 50ppm이하)에 혼합하여 여러 도시에 폭 넓게 공급하고 있다.

나. 환경 친화적 제품의 합성 중간체로 사용

바이오디젤(메틸에스테르)은 현재 섬유나 세제, 화장품 산업에서 다량 사용하는 독성 계면활성제를 대체하는 환경 친화성 에톡시드 메틸에스테르, 황산염화 메틸에스테르, 알콜아민계 메틸에스테르의 중간체로 대량 사용되고 있다. 에너지 산업에의 응용은 아니지만, 에너지로 공급하는 가격보다 비싸게 팔리고, 환경 친화 산업에의 응용성으로 인하여 바이오디젤 생산자는 상당량의 바이오디젤을 환경 친화성 계면활성제 중간체로서 관련 산업체에 공급하고 있다. 현재 생산되는 바이오디젤(메틸에스테르)의 20～30%는 세제의 원료로 공급되고 있다.

다. 용제

바이오디젤은 경유와 유사한 용제 성질을 가지고 있기 때문에 페인트 산업 등에서 용제로 사용하고 있으며 휘발성이 전혀 없어 VOC(휘발성 유기탄소) 규제가 까다로운 도심에서 사용하는 장비들의 세척용제로 사용이 증대되고 있다. 이는 VOC에 의한 대도심의 오존 발생을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.

한편 바이오디젤은 식물성오일로 만들어져 있어, 식물의 표면에서 흡수가 잘된다. 이러한 성질을 이용하여, 유럽에서는 독성이 강한 제초제에 석유계 희석용제 대신 사용함으로써 농약약제의 강력한 표면흡수를 도와 실제적으로 저농도의 농약 살포로도 이전과 같은 효과를 내도록 유도하고 있다. 즉, 바이오디젤은 저공해 농약의 용제로 사용량이 급속도로 증가하고 있다.

Ⅳ. 국내 바이오디젤의 개발 현황과 정책

1. 국내 바이오디젤의 개발 현황

가. 최초 사용

국내에서는 바이오디젤에 관련된 기술은 초기에는 민간단체나 업체에 의해 미미하게 진행되어졌으며, 현재에는 매우 빠른 속도로 개발이 진행되고 있다. 환경에 대한 의식의 고조와 대체에너지 개발에 관한 관심과 외국에서 도심의 현실적인 공해 저감 대책으로 인정받아 그 개발이 촉진되고 있는 것이다.

우리나라에서 최초로 사용된 바이오디젤은 하남국제환경박람회 기간 중 유채유를 원료로 만든 바이오 디젤을 광주 시내 청소차에 투입하여 사용한 것이다. 그러나 이는 일부 환경단체에 의해 소규모로 생산된 것으로서 상용화로 이바지하지 못하였다.

나. A사의 바이오디젤 생산

대량 생산이 가능하고, 모든 동식물성 오일을 사용하여 가격 경쟁력을 갖는 바이오디젤의 생산공정 개발이 2000년 8월 A사에 의하여 이루어 졌다.

이 공정의 특징으로는 다음과 같다.

․대두유, 팜유등 모든 식물성오일 사용 가능

․효율적인 전처리 공정 도입 (자유지방산 전환 공정)으로 폐식용유 사용이 가능하고, 폐액이 전혀 발생하지 않음

․단일 단계 연속식 반응 공정으로 반응시간이 빠르므로 설비비가 적게 들고, 바이오디젤의 원가를 절감할 수 있음.

그림9. A사의 반응공정

상기의 공정을 바탕으로 pilot 공장 건설이 완료되었으며, 10만톤 규모의 공장건설이 추진되고 있다.

2. 국내 바이오디젤 신기술 개발 체계

바이오디젤의 생산기술은 각국에서는 전략 에너지 산업으로 육성되기 때문에 현재 매우 빠르게 진보하고 있으며, 몇 년 내에 이와 관련된 핵심기술의 해외 종속이 예상되고 있다. 이를 극복하기 위하여 정부는 바이오디젤의 첨단 기술을 자립화하기 위하여 2000년 7월부터 폐식용유의 바이오디젤로의 전환기술을 21세기 프론티어사업으로 지정하였다. 1년간의 기초연구를 통하여, 바이오디젤 생산기술을 장기(10년간)기술개발전략으로 채택하였고, 2001년 7월부터 기술보유 산업체와 연계하여 폐식용유와 식물성 오일을 일정량 혼합하여 이를 바이오디젤로 전환시키는 연구를 본격적으로 착수하였다.

이에 대한 연구개발체계는 그림10에서 보는 바와 같다.

그림10. 정부의 폐식용유를 이용한 바이오디젤 생산기술의 개발 계통도

구체적으로 살펴보면 21세기 프론티어사업단 중 과기부와 환경부가 공동으로 출연한 산업폐기물 재활용 기술개발 사업단(단장 이강인)이 한국에너지기술연구원 바이오매스팀(팀장 이진석)과 수송 계통 연구팀(팀장 이영재)을 선정하여 각각 공정개발과 바이오디젤의 성능평가(엔진의 안정성 시험, 연료의 성능 및 공해 저감 효과 시험)를 각각 담당하여 개발을 수행하도록 하고 있다.

한편 바이오디젤 생산업체인 A사는 식물성 오일과 폐식용유로부터 바이오디젤을 생산하는 양산기술 개발을 담당하고 있으며, 현재 1,500톤/년 급의 파일롯트 공정을 건설하였고, 연간 10만톤 규모의 공장에 대한 설계와 건설을 추진하고 있다. 서울시립대(총장 이동) 화학공학과(팀장 김의용)에서는 A사와 파일롯트 공정 최적화 연구(중소기업청 출자)를 수행하고 있다.

상기 조직과는 별도로 2002년부터 신한에너지는 환경부에서 주관하는 차세대 핵심 환경기술 개발사업의 참여 기업으로 선정되어 미래의 환경 친화적 고성능 바이오 디젤 공정 개발연구를 수행하고 있다.

이와는 별도로 환경부 산하의 국립환경연구원 자동차공해 연구소에서는 국내 2개의 바이오디젤 생산업체에서 생산된 바이오디젤에 대하여 종합적인 성능 평가 연구를 수행하여 바이오디젤 사용에 대한 정책적인 뒷받침을 하고 있다.

이러한 종합적인 연구개발체계를 통하여 생산된 바이오 디젤은 성능면에서 매우 우수함을 보여 주고 있다. 아래의 표에서 보여 주는 바와 같이 국내 2개의 국가 검증기관의 시험결과는 20%의 국내 생산 바이오디젤과 80%의 기존 경유를 혼합한 경우 최적의 공해 감소를 보여 주고 있다. 또한, 이는 경유 연료로서의 기준을 충분히 만족시킴을 보여 주고 있으며, 저유황 경유의 가장 큰 문제점인 윤활성을 크게 향상시켜 주고 있음을 보여 주고 있다.

표11. 폐식용유로부터 생산된 A사의 바이오디젤의 공해감소 효과

항목	증감율(%)
THC (총미연소탄화수소)	-38.10
CO (일산화탄소)	-18.12
NOx (질소산화물)	-0.58
CO₂ (이산화탄소)	-2.58
PM (분진)	-19.49
SOx (황산화물)	-20
F.E. (연비)	+1.47

** 한국에너지기술연구원 시험결과(2001년)

표12. 국내 바이오디젤 생산 회사의 바이오디젤 공해 감소 효과

항목	20～30% 바이오디젤				100% 바이오디젤
항목	현미유	폐식용유	대두유	평균	현미유	폐식용유	대두유	평균
CO	-17%	-15%	-20%	-17%	-24%	-8%	-10%	-14%
HC	-15%	-11%	-20%	-15%	-22%	-13%	-2%	-11%
NOx	+4%	+2%	+3%	+3%	+10%	+11%	+15%	+12%
PM	-20%	-18%	-17%	-18%	-25%	-14%	-10%	-16%
매연	-16%	-9%	-18%	-14%	-50%	-55%	-50%	-52%

** 국립환경연구원 시험결과(2001년)

표13. 국내 바이오디젤의 품질과 정부의 경유 품질기준

시험항목	품질기준	경유	현미유		폐식용유		대두유
시험항목	품질기준	경유	20%	100%	20%	100%	20%	100%
인화점 (PM, ℃)	40이상	57	58	170	75	162	61	146
유동점 (℃, 동절기)	0.0이하 -17.5이하	-12.5	-12.5	-2.5	-15.0	-5.0	-20.0	-0.0
90%유출온도 (℃)	360이하	351	349	-	346	-	350	-
10%잔류탄소 (%)	0.15이하	0.01	0.01	-	0.10	-	0.03	-
회분 (무게 %)	0.02이하	0.01	0.01	0.01	0.01	0.02	0.01	0.01
동점도 (40℃, cSt)	1.9～5.5	2.731	2.8	4.2	4.7	5.0	4.8	5.0
황분 (무게 %)	0.05이하	0.03	0.03	0.01	0.02	0.01	0.02	0.01
동판부식 (100℃, 3h)	1이하	1	1	1	1	1	1	1
세탄지수	45이상	51	51	-	57	-	57	-
윤활성 (HFRR,㎛)	기준없음 (유럽 460이하)	433	396	200	186	189	185	182

** 국립환경연구원 시험결과(2001년)

또한 바이오디젤의 품질 확보를 위하여, 정부는 바이오디젤100%와 바이오디젤 혼합유(경유 80%+ 바이오디젤 20% ; BD20 )의 품질 기준을 정하였으며, 이에 대한 품질검사와 검사기술은 한국석유품질 검사소에서 담당하여 이에 대한 개발을 수행하고있다.

표14 바이오 디젤 및 BD20 품질기준

구분 항목	품질기준
구분 항목	바이오디젤(100%)	BD20
성분	C12-C22 지방산 메틸에스테르	-
농도(무게%)	95.0이상	-
유동점(℃)	-	0.0이하 (겨울용: -17.5이하)
인화점(℃)	100이상	40이상
동점도(40℃, ㎟/s)	1.9이상 ～ 6.0이하	1.9이상 ～ 5.5이하
증류성상(90% 유출온도, ℃)	360이하	360이하
10% 잔유중 잔류탄소분(무게%)	0.5이하	0.15이하
황분(무게%)	0.02이하	0.043이하
회분(무게%)	0.01이하	0.02이하
세탄가(세탄지수)	49이상	45이상
동판부식(100℃, 3h)	1이하	1이하
필터막힘점(℃)	-	-16이하
밀도@ 15℃(㎏/㎥)	-	815이상 ～ 855이하
물과 침전물(무게%)	0.05이하	-
산가(㎎ KOH/g)	0.80이하	-
유리(遊離) 글리세린(무게%)	0.02이하	-
총 글리세린(무게%)	0.240이하	-

주) 1. 겨울용 기준은 생산단계검사는 10월1일부터 다음해 3월31일까지, 유통단계검사는 11월1일부터 다음해 3월31일까지 적용한다.

2. 필터막힘점은 혹한기(11월15일부터 다음해 2월28일까지)에 유통단계검사에서만 적용한다.

Ⅴ 한국에서의 향후 가능성과 전망

1. 종합적인 재순환에너지 생산기술 개발 체계 달성

가. 생산기술의 고도화로 산업발전과 국내시장 자력확보

많은 시간과 자금의 투자가 필요한 일반적인 개념에서 이해되는 대체에너지 사업과는 달리, 선진국에서 상용화가 이루어진 후발적 산업의 잇점을 갖는 바이오디젤 생산사업은 투자를 최소화할 수 있는 산업이다. 또한 본 산업은 기술력으로서 경쟁력을 보장받는 기술바탕 산업이라는 또 다른 잇점을 제공해 준다. 따라서 빠른 기술개발로 기존의 공정보다 상대적인 경쟁력을 유지할 수 있어 광대한 시장확보가 유리하다

즉 선진국과 대비하여 우수한 기술을 확보할 수 있다면, 바이오디젤 산업뿐만 아니라 환경화학산업의 기본원료 생산산업에서 우위를 차지할 수 있어, 바이오디젤 산업은 국내 경쟁력뿐만 아니라 국제 경쟁력을 가질 수 있는 산업이다. 현재 정부와 일부 기업체, 학계의 우수한 기술인력을 바탕으로 수행하고 있는 21세기 프론티어 사업의 결과가 이미 도출되고 있고, 이에 대한 기술 특허와 공장건설이 추진되고 있는 상황에서 경쟁력 있는 바이오기술의 자립화는 매우 전망이 밝다고 할 수 있다.

바이오디젤 산업은 이미 충분하게 설명된 바와 같이 CO₂ 저감 연료의 상용화를 통하여 실질적인 CO₂ 저감효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 국가의 환경개선 의지를 국제사회에 보여줄 수 있는 성공적 사례로 제시될 수 있다.

환경산업측면에서 현재 대부분을 수입에 의존하고 있는 환경친화적 정밀화학산업(화장품, 세제, 윤활제, 농약 등)의 근본원료를 저렴하게 공급함으로써 국내의 취약한 기반을 갖고 있는 상기의 산업을 발전시킬 수 있는 계기를 마련할 수 있는 기회를 제공해 줄 것으로 사료된다.

나. 농촌경제 향상

WTO 체제에서 가장 큰 타격을 받고 있는 분야가 농업분야이다. 협소한 토지에서 비롯된 농산물의 국제 경쟁력은 대부분의 작물의 경우 4～10배 정도 낮은 실정에 있다. 따라서 좁은 국토에서도 점차적으로 유휴지가 증대되고 있고, 2모작이 가능한 지역에서도 경제성으로 인하여 토지의 활용이 급속도로 떨어지고 있다. 특히 제한된 시장에서 대체작물의 증산 정책은 관련 농산물의 가격의 폭락을 가져와 그 균형을 이루기가 매우 어렵다. 외국에서 적극적으로 시행되고 있는 산업제품 원료 생산정책은 이미 국내 농림수산부에서 도입이 되었으나, 약용식물을 제외하고는 적절한 식물을 선택할 수 없었기 때문에 대량생산체제로 연결되고 있지 못하고 있다. 이미 유럽의 예에서 볼 수 있듯이 바이오디젤을 생산하기 위한 유지식물의 재배는 바이오디젤 생산 확대 정책으로 인하여 가장 큰 유휴지 이용 대안으로 고려되어지고 있다.

국내의 바이오디젤 산업이 정착되면 국내의 유지식물을 구입할 수 있을 것이 확실시된다. 그러나 에너지 생산형 농산물의 경우 산업생산의 경쟁력을 유지하기 위하여 식물성 유지의 수입가격과 동일한 수매 가격이 형성되어야 하는 전제를 가지고 있기 때문에 유럽에서 처럼 농민의 보조 수입수단으로 정책이 채택되어져야 한다.

따라서, 유지식물의 재배는 유휴지에서 생산이 주도되어야 하고, 기존 경작지인 경우 유지식물의 장점인 다모작을 통하여 농민의 수익을 최대화하여야 한다. 유지식물인 유채의 경우 1월 연평균 기온이 -5℃인 이남지역에서 경작이 가능한 데, 이에 대한 논의 면적은 52만 ha로 맥류재배면적을 제외하면 이 크기가 29만 ha에 이른다. 이는 외국처럼 생산성이 유지되는 경우(40 q/ha), 45만톤의 바이오디젤을 생산할 수 있는 양으로 현재 사용하는 전체 경유의 약 2.5%에 이른다.

또한 농민의 수익을 올리는 방안으로 CO₂ 배출권의 이익을 돌려주는 방안을 고려할 수 있다. 에너지 수급용 식물의 인위적 재배는 IPCC에서 CO₂의 경감 부분에 해당되며 유채의 경우 식물성 오일을 제외한 전체 식물체(줄기, 잎, 뿌리 등)에 흡수된 탄소의 양은 ha당 6.73톤으로서 24.68톤의 CO₂에 해당되며 이를 3년 주기의 경작을 기준으로 한다해도 7 ton/ha/year의 양을 저감시킴으로서 이에대한 CO₂ 거래가격인 248,000원/ha(190$/ha)을 농민에게 이익으로 배분하여 줄 수 있다. 단, 상기의 CO₂ 거래 가격은 미국이 대폭 줄일 것을 주장하고 있으나 매년 경작할 수 있음을 감안할 때 적지 않은 이익금 분배가 가능할 것으로 사료된다.

표14. 유채의 성분 중 CO₂ 흡수량

구분	총량(t/ha/y)	상수	흡착탄소(t/ha)	흡수이산화탄소(t/ha)
바이오디젤 부산물	1.66	0.18	0.3	1.1
잎, 줄기	13.42	0.447	6	22
뿌리	0.98	0.44	0.43	1.58
총계	16.06		6.73	24.68

** ADEME(프랑스 환경부)자료(2000.10)

다. 폐자원(폐식용유)의 자원화

현재 국내에서 수입되는 식용유는 100만톤을 상회하고 있다. 이중 환경에 버려지고 있는 식용유의 양은 약 20만톤으로 추정하고 있으나 수거시 마땅한 재활용 방안이 없기 때문에 환경에 버려져 토양과 수질을 오염시키고 있다. 바이오디젤은 오스트리아, 독일에서 볼 수 있듯이 폐식용유를 가지고 만들 수 있을 뿐만 아니라, 현재 진행되고 있는 국책 연구과제를 통하여 상당한 기술을 축적하고 있어, 국내의 바이오디젤 상용공장에서 폐식용유의 사용은 큰 어려움이 없이 이루어질 수 있다. 바이오디젤 공정에 폐식용유를 원료로 이용함으로서, 점차적으로 20만톤을 모두 처리할 경우, 1,200억원의 에너지 회수 효과와 44만톤의 CO₂ 절감효과, 그리고 200억원의 글리세린 생산효과를 얻을 수 있다.

라. 국민의 환경에 대한 신 패러다임 변화 유도에 기여

20세기 말을 흔들었던 에너지 위기를 통하여, 선진 각국은 정부부터 모든 국민에 이르기까지 생활방식을 바꾸는 데 크게 성공하였다. 소형자동차 타기, 실내에서 옷 입기, 쓰레기 자원회수 동조 등 각종 절약정신으로 살아가는 선진국민들을 외국 여행할 경우 쉽게 볼 수 있다.

이와는 대조적으로 대량 소비와 팽창경제를 지속하고 있는 한국의 경우, 정부와 관련기관은 앞으로 닥쳐올 사회 패턴의 변화에 대한 지속적인 준비를 국민들에게 알려야 한다.

새로운 세기의 패러다임의 변화에 적응하기 위하여 정책 핵심자들은 실질적인 행동으로 국민의 변화를 유도해야 하며, 대체에너지 산업의 확대 정책을 보여주고 국민들이 그것을 실제 사용하게 함으로써, 국민들의 생각이 전환할 수 있도록 도와 주어야 한다. 바이오디젤은 국민이 직접 접촉하고 공감할 수 있는 제품 중 하나로써 이러한 변화 유도의 도구로 쓸 수 있음을 외국의 예를 보더라도 쉽게 예견할 수 있을 것이다.

2. 아시아에서 바이오디젤 생산 산업의 주도

바이오디젤은 아시아에는 아직 본격적으로 정착하지 못한 대체에너지이다. 이미 여러경로를 통하여, 중국에서는 바이오디젤 산업에 대한 관심을 표출하고 있으며, 이러한 광대한 시장을 점유하기 위하여는 국내에서 우선적인 기술 확보와 생산이 따라야 한다. 빠른 바이오디젤 산업의 국내정착은 아시아 국가에 기술 우위를 보여줄 수 있고, 기술 수출에 기여할 수 있을 것이라 보여진다. 이는 국가 경쟁력을 갖는 하나의 제품의 개발을 의미하는 것으로서, 바이오디젤 산업에 대한 재인식이 필요할 때이다.

Ⅵ. 국내 바이오디젤의 정책과 지원 방안

1. 현행 정부의 지원 법안

정부의 바이오디젤과 이에 대한 생산 기술 개발은

A) 대체에너지 개발 및 이용 보급 촉진법에 의하여 대체에너지로 장려되고 있다. 따라서 바이오 디젤의 연구 개발과 설비 투자와 보급에 대하여 법에 정하는 바에 의하여 지원을 받을 수 있다.

B) 석유 사업법(제26조)및 그 시행령(제30조)을 통하여 대체 에너지는 유사석유제품의 사용 금지 조항의 예외를 인정함으로서 석유 제품(경유, 휘발유 등)과 혼합하여 사용할 수 있도록 하고 있으며

C) 교통세법(제2조)과 그 시행령(제3조)을 통하여 대체에너지를 과세조항에서 예외시킴으로서 외국과 같은 수준의 면세 혜택을 부여하는 근거를 마련해 놓고 있다.

산업자원부는 이와 별도로 대체에너지 이용 발전전력에 대한 우선 구매 제도를 활용하여 대체에너지를 이용한 발전 전력을 이윤이 보장된 가격으로 구입하려는 의지를 보이고 있다. 이에 대한 법령은 다음의 표에 정리하였다.

표15. 바이오디젤 대체에너지 관련 법안

법명 및 관련내용

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