도로 화물 운송의 탄소 중립 여정 4부 : 미래의 연료 혁명, 합성연료와 eFuels의 가능성과 한계

미래에서 온 연료 : 합성연료와 eFuels

바이오연료의 한계를 극복할 수 있는 차세대 솔루션이 주목받고 있습니다. 바로 합성연료와 전자연료(eFuels)인데요. 이들은 기존의 화석연료나 바이오연료와는 완전히 다른 방식으로 만들어집니다.

 

하지만 과연 이들이 운송 부문의 탄소 중립을 실현할 수 있는 진정한 해답일까요? 장점과 함께 극복해야 할 과제들도 만만치 않습니다.

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합성연료 vs eFuels : 무엇이 다른가?

합성연료 (Synthetic Fuels)

정의 : 바이오매스를 화학적으로 변환하여 만든 액체연료

주요 생산 방식 :

• 피셔-트롭슈 합성 (Fischer-Tropsch Synthesis)
• 수열화학적 액화 (HTL)
• 블랙 리커 가스화

대표 연료 :

• 합성 디젤: 5.3 gCO2e/MJ
• 합성 메탄올: 6.2 gCO2e/MJ
• 합성 LNG: 25.3 gCO2e/MJ

eFuels (전자연료)

정의 : 재생에너지 전기를 이용해 생산한 연료 핵심 기술 : Power-to-X (PtX)

• Power-to-Hydrogen : 물을 전기분해하여 수소 생산
• Power-to-Liquid : 수소와 CO2를 결합하여 액체연료 생산

대표 연료 :

• e디젤 : 0.9 gCO2e/MJ (추가 재생에너지 사용시)
• e메탄올 : 0.0 gCO2e/MJ
• e수소 : 9.5 gCO2e/MJ

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eFuels의 놀라운 잠재력

이론적 완벽함

eFuels는 이론적으로 거의 완벽한 탄소 중립 연료입니다 :

1. CO2 순환 : 대기 중 CO2 포집 → 연료 생산 → 연소시 동일량 CO2 배출
2. 재생에너지 활용 : 100% 청정 전력으로 생산
3. 기존 인프라 활용 : 석유계 연료와 동일한 특성

에너지 효율성의 현실

하지만 현실은 이론과 다릅니다. e디젤 생산에 필요한 에너지는 기존 디젤보다 5배 이상 높습니다.

에너지 흐름 비교 :

• 기존 디젤 : 원유 100MJ → 디젤 85MJ (효율 85%)
• e디젤 : 전기 500MJ → e디젤 85MJ (효율 17%)

이는 같은 주행거리를 위해 5배 많은 재생에너지 발전소가 필요하다는 의미입니다.

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합성연료의 다양한 얼굴

1. 바이오매스 기반 합성디젤

원료 : 폐목재, 농업 잔재물 생산 과정 :

1. 바이오매스 가스화 → 합성가스 생성
2. 피셔-트롭슈 반응 → 액체연료 변환
3. 정제 → 최종 연료

환경 성능 :

• 폐목재 기반: 5.3 gCO2e/MJ
• 농업 잔재물 기반: 8-15 gCO2e/MJ

2. 합성 바이오메탄

특징 : 천연가스와 동일한 성질 생산 방식 : 바이오매스 가스화 + 메탄화 환경 성능 :

• 합성 LNG: 25.3 gCO2e/MJ
• 합성 CNG: 21.0 gCO2e/MJ

천연가스(71-74 gCO2e/MJ)보다는 낮지만, 다른 합성연료 대비 상대적으로 높습니다.

 

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eFuels의 기술적 도전과제

1. 전력 의존성 : 축복이자 저주

eFuels의 환경 성능은 사용되는 전력의 탄소 집약도에 결정적으로 의존합니다.

시나리오별 e수소 배출량 :

• 100% 재생에너지: 9.5 gCO2e/MJ
• 2030년 EU 전력믹스: 약 40 gCO2e/MJ
• 2019년 네덜란드 전력믹스: 113 gCO2e/MJ

현재 네덜란드 전력으로 만든 e수소는 천연가스에서 만든 수소보다 오히려 더 많은 온실가스를 배출합니다!

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2. 추가성(Additionality) 원칙

eFuels가 진정 친환경적이려면 추가 재생에너지를 사용해야 합니다. 즉:

• 기존 재생에너지를 빼앗아 쓰면 안 됨
• eFuel 생산을 위한 새로운 태양광/풍력 발전소 건설 필요

RED II 지침도 이를 명시하고 있습니다:

• eFuel 생산 시설과 동시 또는 이후에 재생에너지 설비 가동
• 시간적, 지리적 상관관계 입증 필요

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3. 인프라 건설의 숨겨진 배출

현재 연구들은 대부분 인프라 건설로 인한 배출량을 제외하고 있습니다. 하지만 실제로는:

• 태양광/풍력 발전소 건설
• 전기분해 시설 구축
• PtX 플랜트 건설
• 저장 및 운송 인프라

UBA 연구에 따르면, 인프라 건설을 포함할 경우 e디젤의 최적 조건 배출량은 약 5.5 gCO2e/MJ로 증가합니다.

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상용화의 현실적 장벽

1. 경제성 문제

현재 비용 (추정) :

• e디젤: 기존 디젤의 3-5배
• e메탄올: 기존 메탄올의 2-3배
• e수소: 천연가스 수소의 2-4배

2. 규모의 경제 부족

• 현재 대부분 실증 단계
• 상업적 규모 생산 시설 거의 없음
• 공급망 생태계 미구축

3. 기술적 성숙도

기술 준비 수준 (TRL) :

• e수소: TRL 7-8 (상용화 임박)
• e메탄올: TRL 6-7 (실증 단계)
• e디젤: TRL 5-6 (파일럿 단계)

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국가별 eFuels 전략

독일 : 선도적 투자

• 국가 수소 전략으로 90억 유로 투자
• 2030년까지 10GW 전해조 설치 목표
• 칠레, 호주 등과 eFuels 수입 협정

네덜란드 : 실용적 접근

• 북해 해상풍력과 연계한 대규모 e수소 생산
• 기존 가스 인프라 활용 전략
• 항만을 중심으로 한 PtX 허브 구축

중동 : 새로운 기회

• 풍부한 태양에너지 활용
• 석유 수출국의 에너지 전환 전략
• 유럽으로의 eFuels 수출 기지화

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운송 부문별 적용 가능성

단거리 운송 : 전기화가 우선

• 전기 트럭의 효율성: 80-90%
• eFuels 엔진 효율성: 40-45%
• 당분간 전기화가 더 합리적

장거리/중량 운송 : eFuels의 기회

• 배터리 중량 부담
• 충전 인프라 한계
• 에너지 밀도 우위

해운/항공 : 필수적 솔루션

• 전기화 거의 불가능
• eFuels 또는 e수소가 유일한 대안
• 국제 표준화 진행 중

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탄소 포집 및 저장의 역할

일부 합성연료 생산 과정에서 CCS(탄소 포집 및 저장) 기술을 활용하면 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.

CCS 적용 효과 :

• 바이오매스 가스화 + CCS: 음의 배출 가능
• 산업 배기가스 활용: 폐기물을 자원으로

하지만 CCS 기술 자체도 아직 상용화 초기 단계이며, 비용과 안전성 측면에서 과제가 남아있습니다.

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실무진을 위한 제언

단기 전략 (2025-2030)

• eFuels 시장 동향 모니터링
• 파일럿 프로젝트 참여 검토
• 재생에너지 PPA 계약 고려

중기 전략 (2030-2040)

• 합성연료 공급망 파트너십 구축
• 차량 플릿의 단계적 전환 계획
• 정부 인센티브 적극 활용

장기 전략 (2040-2050)

• 완전한 eFuels 기반 운영 체계 구축
• 탄소 중립 물류 네트워크 완성
• 지속가능한 경쟁우위 확보

다음 편 예고

마지막 5부에서는 지금까지 살펴본 모든 내용을 종합하여 실제 기업과 정책 입안자들이 어떻게 접근해야 할지에 대한 구체적인 로드맵을 제시하겠습니다.

특히 연료별 우선순위 설정, 단계적 전환 전략, 그리고 성공적인 탄소 중립 달성을 위한 핵심 성공요인들을 상세히 다룰 예정입니다.

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