백영순 박사(한국가스공사 연구개발원)
이런 현상의 주범인 CO₂가 2007년 28.8Gt(Gt= 109톤)에서 2020년 34.5Gt, 2030년 40.2Gt로 발생량이 지속적으로 증가할 것으로 세계경제전망(WEO)은 보고 있다.
이러한 증가는 에너지 믹스에서 화석연료가 차지하는 비중이 2007년 81.5%에서 2030년 80.1%로 소폭 감소하고는 있지만 화석연료 수요양이 상대적으로 증가하기 때문에 CO₂ 배출량이 증가하고 이로 인해 지구가 점점 가열될 것이다.
이러한 CO₂ 증가 추이는 앞서 언급한 화석연료의 수요량 증가에 근본적인 이유가 있지만, 재생에너지 기술개발이 급속하게 발전하지 못한 측면과 화석연료의 청정화로부터 저탄소 연료화를 구현하지 못한 이유도 있다.
이러한 문제들을 극복할 수 있는 대안 중 하나로 화석연료의 청정 합성연료화라 생각한다. 얼마 전 볼보자동차에서 합성연료인 바이오디젤 DME FT(Fischer-Tropsch) 메탄올 에탄올 바이오가스를 수송용으로 사용했을 때 합성연료마다 온실가스 효과, 에너지효율, 연료 잠재량, 자동차 적용성, 연료 가격, 연료 인프라의 편리성 등 8개 항목으로 나누어 절대 평가한 결과를 내놓은 바 있다.
CO₂-free를 목표로 바이오매스로부터 만든 합성연료들이지만 천연가스나 석탄에서 만든 합성연료도 비슷한 결과가 나올 것으로 기대된다. 평가 결과로부터 각각의 합성연료에 대한 장단점을 제시했으나 분명한 사실은 ‘합성연료는 기존연료에 비해 훨씬 청정한 에너지’라는 사실이다.
이러한 합성연료 중에서도 GTL(Gas to Liquids) 연료는 세계에 넓게 분포되어 있는 중·소규모 천연가스와 석탄층 메탄가스(Coal Bed Methane, 이하 CBM)를 1차 에너지 공급원으로 시장에 끌어 들이기에 적합한 합성연료로 평가된다.
이러한 기술은 천연가스를 극저온·고압으로 만든 LNG 액화기술과는 전혀 다른 것이다. 촉매라는 재료를 사용해 화학적으로 반응시켜 상온에서 나프타 등유 경유 등의 액체합성오일과 DME(Dimethyl ether, 이하 DME) 등을 제조하는 전환기술이다.
GTL은 3～4년 전만 해도 1배럴당 30～40달러에 불과한 원유와 가격 경쟁력을 갖기에는 매우 힘들었기 때문에 원유를 대체하는 연료전환보다는 암모니아 수소 에틸렌과 같은 화학원료로 활용됐다.
그러나 최근에는 원유가격이 배럴당 약 80달러로 상승하면서 GTL 연료 전환 및 사업화에 탄력이 붙었다. Sasol Syntroleum Rentech Shell 회사 등에서 개발한 F-T 반응에 의해 전환하는 FT 연료 생산 플랜트를 대규모 가스전을 활용해 연료로 만드는 움직임을 보이고 있다.
최근 환경 친화적이면서 GTL 합성연료의 한 종류로 자리매김 하고 있는 DME 연료는 1980년 후반에 본격화된 기술로써 FT 연료기술에 비해 기술적 장벽이 그리 높지 않고 합성공정의 열효율이 우수하다. 또한 공정이 상대적으로 단순해 기술개발에 따른 투자비는 15～30% 낮고 기술적 위험도도 낮다.
하지만 신규시장 개발을 해야 하는 부담을 안고 있다. BP Amoco, Mitsui, JFE, Total 회사 등은 FT 연료에 비해 청정성이 좋은 DME 연료 사업화 기회를 찾고 있다.
특히 DME는 에너지 효율이 높을 뿐만 아니라 바이오-DME의 경우 CO₂ 배출이 현저히 낮게 나오는 장점을 갖고 있다. DME의 물성이 LPG와 유사해 LPG 관련 수송·저장·활용 인프라를 그대로 사용할 수 있으며, 해외에 많은 중·소규모 가스전의 에너지 수송수단으로 LNG 보다 DME 전환이 더 경제적인 장점을 갖고 있다.
연료 특성에서는 경유의 세탄가와 유사해 경유차 등을 쉽게 개조해 호환할 수 있기 때문에 경유를 많이 사용하는 나라에는 더욱 좋다. 기술적 측면에서도 DME 전환기술은 중·소규모 가스전 이외 CBM 바이오가스 CO₂ 등 다양한 가스로부터 전환 가능한 탄력적인 기술이다.
에너지의 대부분을 해외에 의존하는 우리나라 현실에서는 다양한 종류의 연료를 효율적으로 활용해 사용할 수 있는 기반이 조성돼야 한다. 청정 합성연료가 우리나라의 에너지로서 기존 에너지 시장의 벽을 넘어 보급 확산되기를 기대해 본다.
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