차세대 바이오연료 산업동향 및 전망 (下)

*자료 : 한국수출입은행

4. 바이오연료 수급 동향 및 전망

(1) 바이오연료 시장 동향

세계 바이오연료 시장규모는 2006년 470억 달러에서 2011년 1,400억 달러로 연평균 24.3%의 높은 증가율로 성장하고 있다.

바이오연료 시장은 미국, 브라질, EU가 주요 3대 시장으로 각국의 정책에 의해 영향을 받고 있으며, 특히 수송용 연료 중 바이오연료가 차지하는 비중은 2009년 2%에서 2010년 2.7%로 증가했다. 이에 따라 향후 5년간 바이오연료 시장은 연평균 13.7%의 증가율로 안정적인 성장이 지속될 전망된다.

세계 바이오연료 생산량은 2005년 66만b/d에서 2011년 188만b/d로 연평균 19.2%로 증가했다. 이는 바이오연료 생산 증가는 아르헨티나, 브라질, 캐나다, 중국, 미국 등 주요 국가들의 바이오연료 혼합사용 의무화 정책 등에 기인되며, 미국 연료생산업체들인 Sunoco, Valero, Flint Hilss, Murphy Oil 등이 고유가가 지속되자 바이오연료 산업에 진입함에 따라 증가된 것으로 예측된다.

그러나 2011년 이후 사탕수수, 옥수수, 식물성 기름 등과 같은 원료로 사용되는 곡물 가격의 급등으로 바이오연료 생산 증가율은 둔화되었다.

곡물가격의 급등은 바이오연료를 생산 시 식량 기반의 원료 비중이 높아 식량과의 경합에 기인한 것으로, 이러한 식량기반의 원료가격 급등은 비식량계 원료, 즉 조류, 자트로파 씨앗, 농업폐기물 등을 이용해 바이오연료를 생산하는 신기술에 대한 투자가 확대되는 계기가 되었다.

(2) 지역별/연료별 동향

- 지역별

2011년 지역별 바이오연료 소비는 북미와 중남미가 대부분을 차지하여 각각 49.2%, 27.7%를 차지했다.

먼저 북미는 미국 정부의 정책적 지원, 옥수수, 대두 등 원재료 조달의 용이성 등으로 시장 선도를 지속할 계획이다. 유럽의 소비 비중은 2011년 감소했는데 이는 서유럽 수요 증가 정체 및 중유럽 소비 감소, 식량 부족에 따른 원재료 비용 급등 등에 기인하며, 아태 지역과 기타 지역은 5.2%와 0.1%로 매우 낮은 시장점유율을 보였다.

한편 대부분의 국가에서는 식물, 농업폐기물, 도시폐기물 등을 원료로 하는 차세대 바이오연료 사용을 촉진하고 있다. 이탈리아는 세계 최초로 셀룰로오스 기반의 2세대 바이오에탄올 상용화 공장을 가동 중이며, 투자규모는 1억 5,900만 달러이고, Arundo Donax라고 불리는 대나무처럼 생긴 풀, 옥수수 심, 밀짚, 도시폐기물, 옥수수 대 등을 원료로 하며, 생산규모는 연간 4만~4.5만 톤에 달한다.

그러나 미국 EPA(환경보호청)는 2007 Energy Independence and Security Act에서 정한 2세대 바이오에탄올의 생산 목표를 하향 조정하고 있는데, 목표치를 낮춘 것은 상업화에 따른 높은 비용과 농업 폐기물을 바이오에탄올로 전환하는 데에 있어서의 기술적 제약 등에 기인한다.

- 연료별

바이오엔탄올은 바이오연료의 가장 대표적인 형태로 2011년 생산된 전제 바이오연료 중 78.4%를 차지하고 있다. 2011년 기준 전 세계 바이오에탄올 소비는 바이오디젤 소비보다 약 3.5배 높은 수준으로 바이오에탄올 생산과 소비는 북미와 남미 지역이 주도하고 있다.

2005년 이후 북미는 지속적으로 바이오에탄올의 생산과 소비가 증가하다가 2011년 소비 증가가 둔화되었으며, 남미는 2011년 바이오에탄올 생산이 전년대비 감소했다.

바이오에탄올은 미국, 브라질을 중심으로 생산되고 있으며 원료로는 곡류, 옥수수, 사탕수수, 사탕무, 감자, 카사바 등이 사용된다. 또한 바이오에탄올은 그 자체로 또는 정부에서 정한 비율대로 기존의 석유연료인 휘발유에 혼합되어 자동차 연료로도 사용된다.

바이오디젤은 유럽 중심에서 생산되며, 2011년 세계 바이오디젤 생산의 44%가 유럽에서 생산되고 있다.

EU는 바이오디젤 생산과 소비 모두 높은 비중을 차지하는데, 2007년 이후 EU 바이오디젤의 생산보다 소비가 증가해 일정부분을 동남아와 남미로부터 수입하고 있다.

(3) 세계 바이오연료 산업 전망

먼저 세계 바이오연료 산업은 원유고갈, 자동차 수 증가, 탄소배출 증가 등으로 장기적으로 지속 성장할 전망이다. 특히 원유 대체재로서 바이오연료 수요가 지속적으로 증가할 것으로 전망되며, 이는 곧 바이오연료 산업의 성장을 지지할 것으로 보인다. 또한 향후 리그노셀룰로오스(볏집, 옥수수 대 등과 같은 목질계 바이오매스), 미세조류 등과 같이 곡물가격 인상에 영향을 주지 않는 차세대 원료가 바이오연료 생산에 점차 이용될 것으로 기대된다.

이와 더불어 일정기간동안 바이오연료 생산을 해 온 미국, 유럽 등에서의 바이오연료 산업이 성숙단계에 접어듦에 따라 바이오연료 생산업체들이 신흥시장에 진출하는 사례가 점차 증가하면서 생산 거점이 미주, 유럽 지역에서 원료가 풍부한 신흥 아시아 지역으로 이동하고 있다. 특히 브라질의 사탕수수 부족, 유럽의 식물성 기름의 생산 감소 등으로 바이오연료 생산업체들은 중국, 인도네시아, 말레이시아, 인도, 아르헨티나, 벨기에 등으로 생산 거점 이동을 검토하고 있다.

비식량 원료인 미세조류를 원료로 하는 3세대 바이오연료가 도입되면서 향후 몇 년 안에 대부분의 국가는 비식량계 원료를 기반으로 하는 3세대 바이오연료로 전환할 것으로 예상된다.

또한 항공업계에서 항공용 연료 구입비 절감 차원에서 바이오연료를 도입하면서 세계 바이오연료 사업은 증가 추세를 보이고 있으며, 미국, 중국, 브라질, 아르헨티나, 캐나다, 인도, 유럽연합 등 여러 국가들 정부가 바이오연료 연구개발을 위해 대학 및 연구소와 제휴를 맺으면서 바이오연료 개발을 위한 R&D 투자 또한 활발하게 이루어지고 있다.

연료별 세계 바이오연료 시장 수급 전망

(단위: 천b/d)

자료: Ken Research

5. 주요 국가의 바이오연료 산업 정책

(1) 미국

미국은 2006년 대통령 연두교서에서 미국이 중동의 석유에 중독되었다고 평가하며 신재생에너지 기술개발을 통해 석유의존 경제에서 탈피할 것을 표명했다. 조지 부시 대통령은 바이오연료를 에너지 자립을 위한 해결책으로 간주하고, 정유 업체와 수입업체들에게 연간 바이오연료 판매량을 확대할 것을 요구하고 2025년까지 중동산 원유의 의존도를 75% 낮추고, 10년 이내 가솔린 소비의 20%를 감소(20 in 10)하겠다고 선언했다. 당시 미국은 목질계 원료로 생산한 셀룰로오스 기반의 바이오 연료를 2013년까지 연간 38억 리터 가까이 소비한다는 계획을 수립했으며, 이를 위해 2012년까지 옥수수 대신 비식량계인 셀룰로오스를 원료로 바이오에탄올을 생산하는 기술 개발도 추진했다.

2000년대에는 미국 내에 풍부한 옥수수와 대두를 원료로 바이오연료를 생산했다. 2005년 옥수수 생산량의 11%가 바이오에탄올 생산에 이용되었고, 2012년에는 옥수수 생산량의 40%가 사용되었다.

2000년대 후반 곡물가격 급등이 문제됨에 따라 미국은 비식량계 원료 기반의 바이오연료 연구개발을 확대해 2013년 8월, 미국 내 최초로 상용규모의 목질계 바이오에탄올 생산설비를 가동시켰다. INEOS Bio가 미국 플로리다 주 Vero Beach에 연산 800만 갤런 규모의 셀룰로오스계 바이오에탄올 설비와 6㎿급 발전설비를 가동했으며, 바이오에탄올 생산 시 원료는 식물 및 정원 폐기물을 사용하고 가스화-발효 기술을 사용했다.

미국 정부는 법제정과 조세 인센티브를 통해 바이오연료 생산을 촉진하며 주별로 혼합비율의 차이는 있으나, 바이오에탄올은 최대 E10까지 혼합, 바이오디젤은 B2에서 최대 B10까지 혼합사용을 의무화하기도 했다.

(2) 브라질

브라질은 세계 바이오에탄올 생산량의 약 50%를 차지하는 최대 생산국 중의 하나이다. 1970년대 두 차례의 석유파동을 겪은 이후 바이오에탄올 개발에 착수했으며, 20~25%의 바이오에탄올 혼합연료를 사용하도록 의무화하는 한편 에탄올 혼합비율에 관계없이 운행 가능한 FFV(Flexible Fuel Vehicle)를 적극 보급 중이다. 그러나 설탕의 국제가격 상승으로 원료 공급이 어려워지자 에탄올 최소 의무 혼합율을 25%에서 20%로 하향 조정하기도 했다.

(3) 유럽

유럽연합(EU) 27개국은 바이오디젤 기반의 수송용 바이오연료를 2009년에 설정된 재생에너지 지령(2009/28/EC)에 의해 보급하고 있다. 또한 2010년까지 수송연료의 5.75%, 2020년까지 10%를 바이오연료로 대체해 나간다는 목표를 설정한 후 목표달성에 사용해야 하는 바이오연료의 ‘지속가능성 기준’을 규정하고, 기후와 토양조건에 적합한 유채 등 유지작물을 이용한 바이오디젤 보급에 주력하고 있다.

(4) 일본

일본은 신국가에너지 전략에서 2030년까지 석유의존도를 40% 이상 낮춘다는 목표를 설정했다. 이에 따라 바이오디젤, 바이오가스를 생산 중이며 목질계를 이용한 바이오 에탄올 제조 상용화 및 도시쓰레기 소각열 발전 등을 추진 중인 한편 바이오에너지 원료확보를 위해 브라질에 투자 또한 진행했다.

이와 더불어 2002년 12월 Biomass Japan을 정부 강령으로 채택하고, 2005년 3월 Biomass Japan II로 수정했으며, 2007년 ‘아폴로&포세이돈 구상 2025’에서 해조류를 이용한 에너지 생산 계획 또한 발표했다. 이는 미쓰비시종합연구소를 중심으로 한 산관학 연합체에 의해 제안된 것으로, 도쿄부립해양센터·산업기술종합연구소·물질재료연구기구 등 정부계 연구기관과 미쓰비시전기·스미토모전기공업·시미즈건설 등 기계·자동차·건설회사 등이 대형 컨소시엄에 참가했다.

(5) 중국

중국 정부는 2020년까지 연간 120억 리터(32억 갤런) 상당의 바이오에탄올을 의무적으로 혼합 사용한다는 목표를 설정했으며, 다만 곡물 기반의 바이오에탄올은 배제했다. 현재 중국의 바이오에탄올 생산능력은 연간 25억 리터(7억 갤런)로 목표치 대비 매우 낮은 수준으로, Heilongjian, Jinin, Liaoning, Anhui, Henan 등 9개 성에서 에탄올 10%를 의무 혼합을 하고 있으며, 2020년까지 에탄올 15%를 목표로 하고 있다. 이와 더불어 중국내 생산한 바이오에탄올을 통해 2020년 목표를 달성하기 위해, 중국 정부가 차세대 바이오연료 개발에 대한 투자를 더욱 가속화할 전망이다.

(6) 한국

현재 국내 수송용 바이오연료 보급은 디젤 대체연료인 바이오디젤이 유일하며, 선진국 대비 미흡한 수준이다. 이에 따라 바이오디젤 시범보급사업(2002. 5월∼2005. 12월) 결과를 바탕으로 2006년 7월부터 0.5%의 바이오디젤을 전국적으로 보급하기 시작했으며, 2007년 이후 바이오디젤 혼합비율을 매년 0.5%씩 상향조정해 현재 바이오디젤 2%를 보급 중이다.

또한 국내 수송부문의 기존 1세대 바이오연료를 대체할 수 있는 차세대 바이오연료의 기술개발을 추진하고 있다. 디젤을 대체하는 차세대 바이오연료에는 상용화 전단계인 수첨바이오디젤(Hydrotreated Biodiesel, HBD), BTL, 그리고 미세조류 기반 바이오연료 등이 있다. 가솔린 대체연료로는 바이오부탄올, 셀룰로오스계 바이오에탄올, 그리고 거대조류 기반 바이오연료가 개발 중에 있는데, 이 중 바이오부탄올은 바이오에탄올의 단점인 친수성과 부식성을 극복하고 바이오에탄올 대비 높은 에너지 함량, 낮은 휘발성 등을 가진 가솔린의 완벽한 대체연료로서 기존 파이프라인을 통한 이송이 가능한 장점을 보유하고 있다.

국내에서 기술개발 중인 차세대 수송용 바이오연료

자료: 지속가능한 바이오연료의 보급정책과 기술개발 동향(2013)

6. 결론 및 정책적 시사점

(1) 결론

바이오연료는 전통석유자원이 없는 국가에서 이용가능할 뿐 아니라, 화석연료의 대안으로서 온실가스 감축에도 기여하나 원료의 식량 경합, 경제성 등의 한계가 존재한다.

이러한 바이오연료의 한계를 극복하기 위한 노력의 일환으로서, 지난 십년간 농업 폐기물 등 비식용 바이오매스를 원료로 하는 차세대 바이오연료 개발을 목적으로 수십 개의 신생기업들이 등장하고 있다. 이들 기업은 식량과의 경합 논쟁을 불식시키고, 화석연료를 대체하여 바로 주입해 사용가능한 바이오연료 생산을 계획하고 있다.

그러나 바이오연료 산업의 성장은 예상과 달리 다소 지연되고 있다. 수많은 신생기업들이 파산했고, 살아남은 기업들은 당초 계획보다 규모가 축소된 한편 1세대 바이오연료 가격 상승에 따라 소비자들의 관심 역시 줄어들고 있다. 또한 수압파쇄 기술의 확산으로 비전통자원인 셰일자원 개발이 가속화되어, 에너지 자립을 위한 또 다른 대안이 제시되고 있다.

차세대 바이오연료 생산은 크게 세 가지 기술적 과제를 극복해야 한다. 먼저 목질계 셀룰로오스와 리그닌 고분자를 단순한 당분으로 분해해야하며, 당분을 열화학적 공정(촉매, 극한 온도 및 고압 하) 또는 생화학적 공정(효소, 천연 또는 합성 미생물/조류 사용)을 통해 현재의 자동차에 주입하기에 적합한 연료로 전환해야한다. 마지막으로 이 모든 과정을 포함해 대규모로 가능한 방법을 찾아내는 것이 가장 중요하다. 이와 더불어 열악한 경제성에도 불구하고 차세대 바이오연료 개발의 노력은 지속적으로 이루어지고 있다. 6개 기업들은 산업용 규모의 공장가동을 위한 마지막 단계에 있고, 여러 기업들이 이미 차세대 바이오연료를 소량 생산 중이며, 일부 기업은 수익도 기대되고 있다.

(2) 정책적 시사점

대체에너지 개발, 기후변화협약에 대응한 온실가스 감축 등을 위해 수송용 차세대 바이오연료 기술을 선점해야 할 필요가 있다. 이에 따라 선진국의 바이오연료에 대한 보급 정책 검토를 통해 수송부문에서 온실가스 저감을 현실적으로 이행할 수 있도록 정책적인 전환이 요구된다.

또한 바이오에너지 보급 정책 확대에 따라 바이오매스 자원이 부족할 전망으로 차세대 바이오연료 공급 확대를 위해 안정적인 원료 확보 노력이 수반되어야 한다. 먼저 일본과 같이 국내 바이오매스 자원의 수거율을 높이고, 미이용 자원의 에너지화 비율을 높이는 등 자원 이용률을 제고하는 방안을 모색해야 한다.

마지막으로 해외자원개발의 일환으로서 바이오매스 자원개발률 제고를 위한 정책적 지원을 강화해야 한다. 안정적인 자원 확보 차원에서뿐만 아니라 기후변화협약에 선제적으로 대응하는 차원에서도 해외 바이오매스 자원 확보를 위한 정책적 지원을 더욱 확대할 필요가 있다. 더불어 해외산림자원개발 투자위험을 완화하고, 바이오매스 자원개발 투자 재원을 확충할 수 있는 다양한 방안을 모색해야 할 것이다.