신재생 에너지 바이오 연료 개념, 종류와 품목분류
안녕하세요 오늘은 신재생에너지의 하나인 바이오 연료(바이오디젤, 바이오중유 등)에 대해 알아보고자 합니다.
최근 석유화학 회사들이 경영에 많은 어려움을 겪고 있습니다. 중국의 과잉 공급, 중동의 플랜트 건설 등 다양한 요인으로 산업 경쟁력이 떨어지고 있기 때문입니다. 따라서 이제는 신재생 에너지인 지속가능한 항공유(SAF)를 포함한 바이오디젤, 바이오중유 등 바이오 연료에 대해 눈을 돌릴 필요가 있습니다.
바이오 연료 개념과 종류
바이오 연료는 신재생에너지의 하나로 식물이나 동물에서 얻은 생물자원을 가공해 만든 연료입니다. 석유와 비슷하게 쓰이지만, 자연에서 다시 자랄 수 있는 자원을 이용한다는 점에서 친환경적이라고 할 수 있습니다.
바이오연료는 식물이나 미생물과 같은 바이오매스를 원료로 해 얻는 연료이며, 직접 또는 생화학적, 물리적 변환과정을 통해 액체, 가스, 고체연료나 전기 열에너지 형태로도 이용이 가능합니다.
석유를 대체할 수 있는 바이오 연료에는 바이오디젤, 바이오중유, 바이오에탄올, 바이오가스, 바이오항고유 등이 현재 전 세계적으로 상용화되고 있습니다.
바이오 연료는 자원이 풍부하고 파급효과가 크며, 환경친화적으로 생산이 가능합니다. 최근 지구온난화의 주범인 화석연료에 의한 온실가스 양을 감소할 수 있고 생성된 에너지의 형태가 다양하다는 특성을 가지고 있습니다.
바이오디젤
바이오디젤은 식물성 기름이나 동물성 기름을 화학적으로 처리해 만든 경유 대체연료입니다.
대두유, 유체유, 폐식용유, 동물성 지방 등 생물자원을 원료로 해 만들어지며 주로 자동차, 보일러, 발전기 등의 디젤 연료로 사용합니다. 바이오디젤은 경유와 비슷한 성질을 가지고 있어 엔진을 크게 개조하지 않고도 혼합해 사용할 수 있다는 장점이 있습니다.
바이오디젤의 합성에 메탄올과 에탄올은 가장 일반적인 알코올로 에스테르 교환 반응에 사용되고 있으며, 특히 메탄올은 물리, 화학적인 이점과 싼 가격 때문에 주로 사용됩니다. 또한, 촉매는 반응을 촉진시키는 작용을 해 전환율을 증가시킵니다. 염기성 촉매, 산성 촉매, 생 촉매 등의 3가지 종류가 사용 중이며 원료 물질에 따라 선택적으로 사용되고 일반적으로 트랜스에스테르화 반응을 이용해 생산합니다.
2006년 3월 정부와 정유사 간 바이오디젤 보급 관련 자발적 협약 체결을 통해 2006년 7월부터 전국 주유소를 통해 바이오디젤이 0.5% 혼합된 자동차용 경유를 보급하기 시작했습니다. [조세특례제한법]을 개정해 바이오디젤에 대한 교통, 에너지, 환경세 면세 근거 마련을 통해 보급 확대를 유도했습니다. 바이오디젤에 대한 면세 일몰시행(2011년 12월 31일) 후 안정적인 바이오디젤 공급을 위해 관련 법령 등을 개정해 2012년 1월 1일부터 사실상 2% 이상 혼합의무제도를 도입했습니다. 자동차용 경유에 사용 중인 바이오디젤의 혼합의무비율은 2015년 8월부터 2017년까지 2.5%, 2018년부터 2020년 6월까지 3%, 2021년 7월부터 3.5% 보긍 중이며, 매년 0.5% 상향해서 2030년 이후 5% 보급 예정입니다.
바이오중유
바이오중유는 식물성 기름, 폐식용유, 동물성지방 등 바이오매스를 정제해 만든 중유 대체연료입니다. 기존의 석유계 중유와 유사한 물리적 특성을 가지고 있어 주로 산업용 보일러, 발전소 등에서 기존 설비를 크게 바꾸지 않고 사용할 수 있다는 장점이 있습니다.
바이오중유는 일반적으로 전환공정으로 생산합니다. 석유제품 중 중유의 생산 과정인 정제나 증류 과정 없이
(1) 전처리공정 => (2) 처리공정 => (3) 혼합공정을 통해 생산합니다. 전처리공정에서는 나트륨, 칼륨, 인 등의 금속분, 원료에 포함된 이물질 등을 필터나 촉매를 통해 제거하고 처리공정에서는 높은 산성의 원료를 중화시키거나 색, 냄새 등을 제거하는 공정을 합니다. 마지막으로 혼합공정에서는 처리공정을 거친 원료를 품질기준에 맞게 혼합합니다.
2012년 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)의 시행에 따라 발전사는 의무공급량 이행을 위해 연료로 C중유를 바이오중유로 대체하는 것을 추진합니다. 시범보급사업의 발전사업자 5개사 별 발전기 각 1기 지정, 생산업자 21개사 지정발전용 바이오중유의 보급 확대 필요성, 품질, 성능 및 안전성 등을 검증하기 위해 시범보급사업을 추진(2014년 1월 ~ 2019년 3월 14일)하고, 실증연구(2014년 1월 ~ 2018년 2월) 결과 보급의 필요성을 확인하고 발전기에 적합한 품질, 성능 및 안정성을 확인하였습니다.
그 후 발전용 바이오중유 상용화를 위해 전면보급을 시행(2019년 3월 15일 ~)하고 발전용 바이오중유를 관련 법령상 석유대체연료로 명문화했습니다.
바이오에탄올
바이오에탄올은 옥수수, 사탕수수, 감자, 밀 등과 같은 전분이나 당분이 풍부한 식물자원을 발효시켜 만든 액체 형태의 바이오연료입니다. 주로 휘발유에 일정비율로 혼합해 자동차 연료로 사용되며 화석연료를 대체할 수 있는 친환경 연료로 주목받고 있습니다. 바이오에탄올은 주로 당분이 많은 작물을 발효시켜 알코올을 얻는 방식으로 생산됩니다. 이 과정은 술을 만드는 방식과 유사하지만 연료로 사용할 수 있도록 고농도로 정제됩니다.
이렇게 만든 바이오에탄올은 휘발유 차량에 혼합해 사용될 수 있으며, 대표적인 혼합 형태로는 휘발유 90%, 에탄올 10% 등이 있습니다.
바이오에탄올의 원료는 크게 식용과 비식용으로 나눌 수 있습니다. 식용에는 옥수수, 사탕무, 밀 등이 있고, 비식용에는 옥수숫대, 볏짚, 밀짚 등이 있습니다.
| 구분 | 식용 | 비식용 |
| 종류 | 전분계, 당분계 | 농업부산물, 목재 등 |
| 특징 | 식량자원이며, 단순구조로 쉽게 바이오에탄올로 전환 | 비식량자원으로 복잡한 구조로 인해 전환효율이 낮음 |
| 예시 | 옥수수, 사탕무, 밀, 카사바, 보리 등 | 볏짚, 옥수숫대, 밀짚, 거대억새, 나무 등 |
지속가능항공유(SAF)
항공산업은 전 세계 온실가스 배출량의 약 2~3%를 차지하며, 유럽에서는 전용기 사용에 대한 규제가 필요하다는 의견에 힘이 실리고 있습니다.
항공업계에서는 탄소중립을 달성하기 위해 힘을 들이고 있습니다. SAF는 폐식용유나 동, 식물성 기름, 사탕수수 등 바이오 대체 연료를 사용해 생산한 바이오 항공유와 수소와 이산화탄소를 결합해 만든 전기 기반 연료, 이퓨얼(e-fuel) 등으로 나뉩니다.
일반 항공유와 혼합해 사용할 수 있으며 기존 항공유 대비 탄소배출량을 최대 80%까지 감축할 수 있습니다. 가장 널리 사용되는 방법은 식물성, 동물성 기름을 수소화해서 항공연료로 저장하는 방법입니다. 이에 따라 동물성 지방과 폐식용유가 바이오항공유의 핵심원료로 주목받고 있습니다.
SAF로 사용되는 연료는 생산공정에 따라 종류가 나뉩니다.
현재까지 대부분의 SAF는 HEFA(Hydrotreated Esters and Fatty Acids) 공정으로 생산됩니다. HEFA는 공급 원료로 폐식용유, 폐 동물 유지, 식물성 기름 등을 사용합니다. 생산공정은 석유 정제 방법을 사용하기 때문에 안전하면서 입증된 기술로 평가받습니다. 원료를 고온, 고압에서 수소화 처리하는 방식이며, 성분은 바이오 디젤과 유사합니다. SAF 중 생산비용이 가장 낮고 기존 정유시설을 사용한다는 장점이 있는 반면, 생산 과정에 다량의 수소가 필요하고 원료인 폐식용유 등을 대량으로 확보하기 어렵다는 단점이 있습니다.
다른 방식으로는 탄화수소로 전환하는 방식(FT 방식)이 있습니다. HEFA공정에 비해 원재료 수급이 원활하고 원료 비용이 적다는 장점이 있으나, 원재료에서 금속을 제거하는 등의 전처리가 필요하고 공정에 정교한 인프라가 필요하다는 단점이 있습니다.
세 번째로 ATJ(Alcohol-to-Jet) 공정은 FT공정과 비슷한 농림 부산물이나 생활폐기물 등을 발효해 알코올을 생성한 후 탈수, 수소처리 과정을 거쳐 탄화수소로 전환하는 방식입니다. 바이오매스에서 생성된 에탄올을 항공연료로 가공하려면 낮은 에너지 밀도 때문에 많은 공급 원료가 필요하다는 것이 단점입니다.
마지막으로 PTL(Power-to-Liquid) 공정은 재생가능 에너지로 발생시킨 그린수소와 포집한 이산화탄소를 원료로 사용합니다. 그린수소와 이산화탄소를 반응시켜 합성가스를 생산한 후 철이나 코발트 같은 촉매와 반응시켜 항공연료와 같은 탄화수소로 전환하는 방식입니다. 재생에너지를 사용하고 탄소 포집을 통해 이산화탄소를 재활용하므로 탄소 배출량 감축에 매우 효과적입니다. 다만, 고가의 장비와 복잡한 공정 때문에 화석연료 대비 8배 정도 가격이 높습니다. PTL은 아직 연구, 개발 단계로 포집 비용의 감소가 중요한 요소로 보이나 향후 탄소중립 목표 달성을 위해 중요한 기술로 인식되고 있습니다.
바이오연료 품목분류(HS CODE)
바이오중유의 원료가 되는 바이오디젤, 팜유 부산물, 지속가능한 항공유(SAF)에 대해 품목분류를 알아보고자 합니다.
바이오 디젤 : Cooking Oil Methyl Ester
| HS CODE | 제3826.00-0000호 |
| 물품 설명 | (1) 물품 개요 정제한 폐식용유와 메탄올을 에스테르 결합전이반응시켜 제조한 지방산 메틸에스테르 혼합물의 미황색계 투명 액상 (2) 용도 바이오디젤(차량, 항공기 연료나 난반용 연료로 사용) |
| 결정 사유 | 관세율표 제3826호에는 "바이오디젤과 그 혼합물[석유나 역청유를 함유하지 않거나 중량기준으로 70% 미만을 함유한 것으로 한정한다]"를 분류하며 같은 호 HS 해설서에 "바이오디젤(Biodiesel)은 다양한 사슬 길이의 지방산 모노 알킬 에스테르(물에 섞이지 않으며, 높은 끓는점, 낮은 중기압, 석유에서 생산된 디젤유와 비슷한 점도를 지닌다)로 이루어져 있다. 바이오디젤은 전형적으로 에스테르 결합전이반응(transesterification)이라고 불리는 화학적 과정을 통해 만들어지는데, 이 과정에서는 기름과 지방 상태의 지방산이 촉매를 통해 알코올(보통의 경우 메탄올이나 에탄올)과 반응하여 의도된 에스테르를 형성하게 된다....<중략>.... 사용한 기름이나 지방[예 : 튀김 기름, 재활용 요리용 그리스(grease)]로부터 얻어진다.....<중략>.... 바이오디젤은 압축 점화식의 내연기관피스톤 엔진, 열에너지 생산이나 이와 유사한 용도를 위한 연료로 사용될 수 있다"라고 설명하고 있음. 따라서, 본 물품은 상기 물품설명과 같이 제조된 바이오디젤이므로 제3826.00-0000호에 분류함. |
팜유 부산물 Palm Acid Oil(20%)
| HS CODE | 제3824.99-9090호 |
| 물품 설명 | (1) 물품 개요 CPO(Crude Palm Oil) 제조 공정 중 발생한 여액을 원심분리 후 상층부(Oil 층)를 열처리 및 여과해 얻은 황갈색 점조 페이스트 (2) 구성 성분 유리지방산 20.76%, Glycerides 76.03%, 수분 0.1%, 기타 불순물 2.23% (3) 용도 바이오연료의 원료 (4) 제조공정 Recoered Oil => 열처리(60~70도씨) => 상등액 => FILTER => 여액 => PAO => 산가,수분,불순물 실험 후 출하바이오디젤(차량, 항공기 연료나 난방용 연료로 사용) |
| 결정 사유 | 관세율표 제1522호에는 '데그리스(degras), 지방성 물질이나 동물성, 식물성 왁스를 처리할 때 생기는 잔유물'이 분류되는데 본 품은 지방성 물질인 팜유를 생산하는 과정에서 생긴 잔유물에 열처리와 여과만 거친 것으로 조제품으로의 가공을 했다고 보기 어렵다는 의견이 있음. 그러나 본 물품은 팜유제조 공정에서 발생된 부산물을 원심분리에 의해 오일층만 회수한 것으로 제1522호의 잔유물의 범주를 벗어난 물품으로 볼 수 있음. 관세율표 제3824호에는 '조제 점결제(주물의 주형용이나 코어용으로 한정한다), 따로 분류되지 않은 화학품과 화학공업이나 연관공업에 따른 조제품(천연물만의 혼합물을 포함한다)'을 규정하고 있고 같은 호 HS 해설서에 "이 호에서 분류하는 화학품은 제조할 때 생기는 부산물[예: 나프텐산(Naphthenic acid)]로서 얻어지거나 직접적으로 제조된 물품이든 그 성분이 화학적으로 단일하지 않은 물품이다. 이 호에 분류하는 조제품은 전부나 그 일부가 화학품이거나(이것이 일반적인 경우이다) 전부가 천연의 성분인 경우가 있다. ....<중략>.... 이 호에 분류하는 조제품과 화학품에는 다음의 것이 있다. ....<중략>.... (11)글리세롤의 모노-디-트리-지방산에스테르의 혼합물 : 지방의 유화제(emulsifiers)로 사용"을 설명하고 있음. 따라서 본 물품은 글리세롤의 지방산 에스테르와 지방산의 혼합물로 따로 분류되지 않는 화학공업이나 연관공업에 따른 조제품으로 보아 제3824.99-9090호에 분류함. |
지속가능항공연료(SAF)
| HS CODE | 제2710.19-2020호 |
| 물품 설명 | (1) 물품 개요 -감압경유(Vacuum gas oil)등과 불순물을 제거한 정제폐식용유를 혼합해 UC공정(중질유수첨분해공정)을 통해 촉매 존재 하에 수소첨가해 만든 무색 투명 액상의 제트 연료유(분석 결과는 제시된 시료 및 제출된 자료에 한함) (2) 용도 - 항공연료유로 사용 |
| 결정 사유 | 관세율표 제2710호에는 '석유와 역청유(원유는 제외한다), 따로 분류되지 않은 조제품[석유나 역청유의 함유량이 전 중량의 100분의 70 이상인 것으로서 조제품의 기초 성분이 석유나 역청유인 것으로 한정한다]'이 분류됨. 같은 호 HS 해설서에 "(B) 비방향족(non-aromatic) 성분의 중량이 방향족 성분의 중량을 초과하는 유사한 오일, 이들은 석탄을 저온증류하거나 수소첨가나 그 밖의 방법[예 : 크래킹(cracking), 리포밍(reforming) 등]에 의하여 얻어질 수 있다"라고 규정하고 있음. 따라서, 본 물품은 상기 설명과 같이 제조된 제트 연료유이므로 HS CODE 제2710.19-2020호에 분류함. |
오늘은 신재생 에너지로 석유의 대체연료가 될 바이오연료에 대해 그 종류와 생산방법 등에 대해 알아보고, HS CODE 및 품목분류 사례를 알아보았습니다. 도움이 되셨으면 좋겠습니다. 감사합니다.