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바이오디젤

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목차

1. 개요

바이오디젤은 식물성 기름, 동물성 지방, 폐식용유 등을 원료로 에스터 교환 반응을 통해 생산되는 대체 연료이다. 1853년 식물성 기름의 에스터 교환 반응이 수행되었고, 1893년에는 루돌프 디젤이 땅콩 기름을 연료로 디젤 엔진을 가동하면서 바이오디젤의 역사가 시작되었다. 바이오디젤은 순수한 형태로 사용되거나 석유계 디젤과 혼합되어 사용되며, 자동차, 철도, 난방, 발전 등 다양한 분야에서 활용된다. 바이오디젤은 일산화탄소, 미세먼지 등 일부 배출가스 감소에 기여하지만, NOx 배출량 증가, 식량 가격 상승, 토지 이용 변화 등 환경 및 사회적 영향도 존재한다. 각국은 바이오디젤 사용을 장려하기 위한 정책을 시행하고 있으며, 관련 기술 개발 및 연구도 활발히 진행되고 있다.

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바이오디젤
지도
개요
유형바이오 연료
대체 연료
원료식물성 기름
동물성 지방
폐식용유
화학적 특성지방산 메틸 에스테르
주요 생산 국가미국
브라질
유럽 연합
제조 공정
주요 방법에스테르 교환 반응
수소화 처리
에스테르 교환 반응알코올과 트리글리세리드 반응
촉매 사용
수소화 처리고온, 고압 조건에서 수소 첨가
촉매 사용
특징 및 장점
친환경성탄소 중립
낮은 온실 기체 배출
연소 특성높은 세탄가
낮은 황 함량
생분해성빠르게 생분해됨
기존 엔진 호환성큰 개조 없이 사용 가능
활용
연료자동차, 트럭, 버스 등 디젤 엔진 연료
난방 연료
첨가제기존 디젤 연료에 혼합
윤활성 향상
기술적 고려 사항
저온 특성저온에서 응고 문제
첨가제 사용 필요
산화 안정성장기간 보관 시 품질 저하 가능성
산화 방지제 첨가
환경적 고려 사항
원료 지속 가능성토지 이용 문제
산림 파괴 우려
생산 과정 영향에너지 소비
폐수 처리 문제
표준 및 규정
국제 표준ASTM D6751 (미국)
EN 14214 (유럽)
KS M 2070 (대한민국)
각국 규정연료 혼합 의무화
품질 기준 설정
추가 정보
연구 개발새로운 원료 개발
생산 효율성 향상
시장 동향세계 시장 성장세
정부 지원 정책
관련 용어수소화 식물성 기름 (HVO)
바이오디젤 혼합 연료
기타바이오디젤은 디젤 엔진에 사용 가능
친환경 연료로 주목받음

2. 역사적 배경

루돌프 디젤


1853년, 패트릭 더피가 식물성 기름의 에스터교환반응을 최초로 수행했다.[12][13] 1893년 8월 10일, 루돌프 디젤은 독일 아우크스부르크에서 땅콩 기름만을 연료로 사용하여 자체 동력으로 작동하는 디젤 엔진을 처음으로 가동시켰다. 이를 기념하여 8월 10일은 "[https://web.archive.org/web/20130310072028/http://www.biodieselcommunity.org/international-biodiesel-day/ 국제 바이오디젤의 날]"로 선포되었다.[14]

디젤은 자신의 엔진을 땅콩 기름으로 작동하도록 설계했지만, 1912년 연설에서 "오늘날 엔진 연료로 식물성 기름을 사용하는 것은 사소해 보일 수 있지만, 시간이 지남에 따라 이러한 기름은 현재의 석유와 콜타르 제품만큼 중요해질 수 있다."라고 말했다.[15]

1937년 8월 31일, 브뤼셀 대학교의 조르주 샤반느는 식물성 기름의 알코올 분해(에스터교환반응)를 이용한 바이오디젤 생산 특허를 획득했다.[16] 1977년, 브라질 과학자 엑스페디토 파렌테는 바이오디젤 생산을 위한 최초의 산업 공정을 발명하고 특허를 신청했다.[17]

1979년 남아프리카에서 해바라기 기름의 에스터교환반응을 이용한 연구가 시작되었다. 1983년, 연료 등급의 바이오디젤을 생산하는 공정이 완료되어 국제적으로 발표되었다.[20] 1989년에는 오스트리아에서 연간 유채 30,000톤 생산 규모의 산업 공장이 건설되었다.

1990년대에는 체코, 독일, 스웨덴 등 유럽 여러 국가에서 바이오디젤 생산 공장이 건설되었다. 프랑스는 유채 기름으로 만든 바이오디젤(''디에스터'')을 일반 디젤 연료에 5% 혼합하여 사용하기 시작했다. 1998년까지 오스트리아 바이오연료 연구소는 상업용 바이오디젤 프로젝트를 보유한 21개국을 확인했다.

일본에서는 제2차 세계 대전 전야에 만주행 전차에 콩에서 추출한 바이오디젤 연료를 사용하는 것이 검토되었다.[190] 1935년 이케가이 철공소는 디젤차의 한지(寒地) 시험을 하는 중에 콩기름을 연료로 하여 삼본목(三本木)에서 아오모리까지 주행하는 데 성공했다.[191]

3. 원료

바이오디젤 생산에는 다양한 유지를 사용할 수 있다. 주요 원료는 다음과 같다.


  • 식물성 기름: 유채, 대두유가 가장 일반적이며, 대두유는 미국 생산량의 약 절반을 차지한다.[6] 퐁가미아, 개갓냉이, 피마자와 같은 다른 작물, 겨자, 호호바, 아마, 해바라기, 팜유, 코코넛, 대마 등도 사용 가능하다. (바이오연료로 사용되는 식물성 기름 목록 참조)
  • 폐식용유(WVO)
  • 동물성 지방: 우지, 돼지기름, 황색유지, 닭 기름[92] 등의 동물성 지방 및 어유에서 오메가-3 지방산 생산의 부산물.
  • 해조류: 하수[93]와 같은 폐기물을 사용하여 재배할 수 있으며, 식량 생산에 현재 사용되는 토지를 대체하지 않고도 생산 가능하다.
  • 염생식물: ''퉁퉁마디''와 같이 기존 작물을 재배할 수 없는 해안 지역에서 염수를 사용하여 재배 가능하며, 담수 관개를 사용하여 재배되는 대두 및 기타 유지종자와 같은 수확량을 나타낸다.[94]
  • 기타: 하수 슬러지, 균류 (균사체), 사용한 커피 찌꺼기


1935년 이케가이 철공소는 콩기름을 연료로 사용하여 디젤차의 한지(寒地) 시험을 진행, 삼본목(三本木)에서 아오모리(青森)까지 주행에 성공했다.[191] 제2차 세계 대전 전야, 일본에서는 가솔린 부족으로 만주행 전차에 콩에서 추출한 바이오디젤 연료 사용을 검토하기도 했다.[190]

최근 지구온난화 대책으로 바이오디젤 연료가 다시 주목받고 있다. 카놀라유, 팜유, 올리브유, 해바라기유, 대두유, 쌀겨기름, 대마유 등의 식물성 기름, 어유와 돼지기름, 쇠기름 등의 동물성 기름 및 폐식용유(튀김 기름 등) 등, 다양한 유지가 바이오디젤 연료의 원료로 사용될 수 있다.

유럽에서는 카놀라유, 중국에서는 오우렌, 북미 및 중남미에서는 대두유, 동남아시아에서는 팜유와 코코넛 오일, 피마자에서 얻는 기름이 이용되고 있다.

4. 특징

바이오디젤은 순수 형태(B100) 또는 석유계 디젤과 혼합하여 사용할 수 있으며, 소매 시장에서는 주로 혼합 연료 형태로 판매된다.[8] 혼합 연료는 바이오디젤 함량을 "B" 계수로 표시하는데, B20은 바이오디젤 20%, B5는 5%를 의미한다.[8]

바이오디젤 함량표기
100%B100
20%B20 [6]
5%B5



B20 이하 혼합 연료는 디젤 엔진에 큰 변화 없이 사용할 수 있지만,[9] 일부 제조사는 보증 적용에 제한을 둘 수 있다. B100 사용은 엔진 개조가 필요할 수 있다.[11] 바이오디젤은 석유계 디젤과 다른 용매 특성을 가지므로 1992년 이전 차량의 천연 고무 가스켓이나 호스를 분해할 수 있지만,[31] 대부분 FKM(바이오디젤과 반응하지 않음)으로 교체되었을 가능성이 높다. 바이오디젤 사용 시 연료 필터가 막힐 수 있으므로, 처음 사용 후에는 연료 필터를 교체하는 것이 좋다.[32]

미국 에너지 정책법(Energy Policy Act of 2005) 이후 미국의 바이오디젤 사용이 증가했으며,[33] 영국에서는 재생가능 교통 연료 의무화 제도(Renewable Transport Fuel Obligation)에 따라 2010년까지 모든 교통 연료의 5%를 재생가능 연료로 포함하도록 규정했다.

크라이슬러(Chrysler)는 2005년 유럽 시장에 B5 디젤 차량을 출시했으며,[34] 폭스바겐 그룹(Volkswagen Group)은 일부 차량이 EN 14214 표준 B5 및 B100과 호환된다고 발표했다.[36] 반면 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)는 B5 초과 연료 사용에 따른 손상은 보증하지 않는다.[37]

핼리팩스 시는 2004년부터 시내버스에 어유 기반 바이오디젤을 사용하고 있으며,[38][39][40] 맥도날드(McDonald's)는 2007년부터 폐식용유로 바이오디젤을 생산하여 차량 운영에 사용한다.[41]

바이오디젤은 저온에서 점도가 높아져 유동성이 저하될 수 있으며, 특히 겨울철 B100 사용 시 왁스 성분이 굳을 수 있다. 따라서 열교환기나 연료 히터 등의 대책이 필요하다.

산업통상자원부 등에서는 BDF에 대한 조사를 실시하고 있으며, B100 사용 시 기존 자동차에서 문제가 발생하거나 차량 측 대책이 필요했던 사례가 보고되고 있다.[195][196][197] 자동차 연료로 사용 시 자동차등록증에 관련 내용을 기재해야 한다.

바이오디젤은 특정 재료와 반응할 수 있다.

재료호환성
플라스틱
금속
고무


4. 1. 기술적 표준

바이오디젤은 여러 품질 표준을 가지고 있다. 주요 표준은 다음과 같다.

  • 유럽 표준: EN 14214
  • 미국 표준: ASTM D6751
  • 캐나다 표준: CAN/CGSB-3.524


ASTM D6751 (미국재료시험협회)는 중질유와 혼합된 바이오디젤에 대한 표준 및 규격을 제공한다. 이 규격 표준은 바이오디젤 혼합물의 특정 특성을 결정하는 데 사용되는 다양한 시험 방법을 명시하며, 인화점과 동점도 등이 포함된다.[55]

유럽에서는 지방산 메틸 에스터(FAME)에 대해 유럽 표준인 EN14214에서 경유와 혼합되지 않은 상태의 성상을 규정하고 있다. 광물 디젤 연료(경유)의 품질 규격(EN590)에서는 “경유는 지방산메틸에스터(FAME)를 최대 5%까지 혼합할 수 있다. 그러나 바이오디젤의 품질 규격은 EN14214에 따른다.”라고 규정하고 있다.

일본에서는 이전까지 바이오디젤 연료에 대한 규격이 없었으나, 경제산업성 심의회인 종합자원에너지조사회에서 유럽 규격을 참고하여 규격화가 검토되었다. 그 결과, BDF 혼합 경유를 일반 디젤 차량에 사용했을 경우 필요한 연료 성상에 관한 항목을 규정하기 위해, 석유 및 석유대체연료의 품질의 확보 등에 관한 법률 시행규칙이 개정되었다.(헤이세이 19년 경제산업성령 제3호, 개정 성령 공포일: 헤이세이 19년 1월 15일, 시행일: 헤이세이 19년 3월 31일)[198]

4. 2. 혼합 연료 (Blends)

바이오디젤 샘플


바이오디젤은 순수 형태(B100)로 사용하거나 석유계 디젤과 혼합하여 사용할 수 있다. 소매 디젤 연료 시장에서는 바이오디젤과 기존 탄화수소계 디젤의 혼합 연료가 가장 일반적이다.[8] 세계 대부분은 연료 혼합물에 포함된 바이오디젤의 양을 나타내는 "B" 계수 시스템을 사용한다.[8]

바이오디젤 함량표기
100%B100
20%B20 [6]
10%B10
7%B7
5%B5
2%B2



B20 이하 혼합 연료는 디젤 장비에 큰 수정 없이 사용할 수 있다.[9] B6~B20 혼합 연료는 ASTM D7467 규격을 준수한다.[10] 다만, 일부 제조업체는 이러한 혼합 연료 사용으로 인한 장비 손상에 대해 보증을 적용하지 않을 수 있다. 바이오디젤은 순수한 형태(B100)로도 사용할 수 있지만, 유지보수 및 성능 문제를 피하기 위해 특정 엔진 개조가 필요할 수 있다.[11]

B100과 석유계 디젤을 혼합하는 방법은 다음과 같다.


  • 제조 시점에 탱크에서 혼합하여 유조차에 배송하기 전에 혼합
  • 유조차에서 혼합 (바이오디젤과 석유계 디젤의 특정 비율 추가)
  • 인라인 혼합 (두 가지 성분이 동시에 유조차에 도착)
  • 계량 펌프 혼합 (석유계 디젤과 바이오디젤 계량기가 총 X 부피로 설정)


바이오디젤을 운송하는 타그레이 바이오퓨얼스의 철도 차량


대부분의 분사 펌프 디젤 엔진에서 바이오디젤은 순수 형태(B100) 또는 석유계 디젤과 어떤 농도로든 혼합하여 사용할 수 있다. 새로운 초고압(29,000psi) 커먼 레일 엔진은 제조업체에 따라 B5 또는 B20으로 제한된다.[30] 바이오디젤은 석유계 디젤과 다른 용매 특성을 가지며, 1992년 이전에 제조된 차량의 천연 고무 가스켓과 호스를 분해할 수 있지만, 대부분 이미 FKM(바이오디젤과 반응하지 않음)으로 교체되었을 가능성이 높다. 바이오디젤은 석유계 디젤이 사용된 연료 라인의 잔류물 침전물을 분해하는 것으로 알려져 있다.[31] 따라서 순수 바이오디젤로 급격하게 전환하면 연료 필터가 막힐 수 있으므로, 바이오디젤 혼합물로 처음 전환한 후에는 엔진과 히터의 연료 필터를 곧바로 교체하는 것이 좋다.[32]

미국 에너지 정책법(Energy Policy Act of 2005) 통과 이후 미국의 바이오디젤 사용량이 증가하고 있다.[33] 영국에서는 재생가능 교통 연료 의무화 제도(Renewable Transport Fuel Obligation)에 따라 2010년까지 영국에서 판매되는 모든 교통 연료의 5%를 재생가능 연료로 포함하도록 규정하고 있으며, 이는 도로용 경유의 경우 사실상 5% 바이오디젤(B5)을 의미한다.

2005년, 크라이슬러(Chrysler)는 유럽 시장에 5% 바이오디젤 혼합 연료를 사용하는 지프 리버티 CRD 디젤 차량을 출시하여 바이오디젤을 디젤 연료 첨가제로 허용한다는 점을 시사했다.[34] 2007년, 다임러크라이슬러는 미국에서 바이오연료 품질이 표준화될 경우 20% 바이오디젤 혼합 연료에 대한 보증 범위를 확대할 의향이 있다고 밝혔다.[35]

폭스바겐 그룹(Volkswagen Group)은 자사 차량 중 여러 대가 유채유로 만든 B5 및 B100과 EN 14214 표준과 호환된다는 성명을 발표했다.[36] 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)는 "생산상의 결함"에 대한 우려로 바이오디젤 함량이 5% (B5)를 초과하는 디젤 연료를 허용하지 않으며, 이러한 연료 사용으로 인한 손상은 메르세데스-벤츠 제한 보증의 적용을 받지 않는다.[37]

2004년부터 핼리팩스 시는 시내버스 전체를 어유 기반 바이오디젤로 운행할 수 있도록 버스 시스템을 업데이트하여 차량 전환에 성공했다.[38][39][40] 2007년, 영국의 맥도날드(McDonald's)는 자사 레스토랑의 폐식용유 부산물로 바이오디젤을 생산하여 자사 차량 운영에 사용할 것이라고 발표했다.[41] 2014년형 쉐보레 크루즈 클린 터보 디젤(Chevy Cruze Clean Turbo Diesel)은 출고 시 최대 B20 바이오디젤 호환성을 갖도록 설계되었다.[42]

바이오디젤 100% 또는 경유·등유와 일정 비율로 혼합하여 사용한다. 저온에서는 점도가 높아져 유동성이 저하되며, 특히 겨울철에 바이오디젤 100%로 사용하면 왁스 성분이 굳을 수 있다. 따라서 열교환기나 연료 히터를 사용하거나, 시동은 경유로 하고 예열 후 바이오디젤 연료로 전환하는 등의 대책이 필요하다.

산업통상자원부, 농림축산식품부, 국토교통부, 환경부에서는 BDF에 대한 조사 등을 실시하고 있으며, 경유와 혼합하지 않은 바이오디젤 100% 이용에 대해서는 기존 자동차에서 문제가 발생하거나 차량 측에서 대책이 필요했던 사례가 보고되고 있다.[195][196][197]

자동차 연료로 사용하는 경우, 자동차등록증의 비고란에 '''폐식용유 연료 병용''', '''바이오디젤 100% 연료 병용''' 또는 '''품질확보법 특례조치 고농도 바이오디젤 연료 병용''' 등의 내용을 기재한 신청을 한 후에 사용할 수 있다.

4. 3. 재료 호환성

재료호환성
플라스틱
금속
고무


5. 생산

바이오디젤은 에스터교환반응을 통해 생산되며, 이 과정에서 글리세롤이 부산물로 생성된다. 2005년 전 세계 바이오디젤 생산량은 380만 톤이었으며, 그 중 약 85%가 유럽 연합에서 생산되었다.[80]

대두로 만든 순수 바이오디젤 (B-100)


바이오디젤은 식물성 기름, 동물성 기름, 폐식용유 등 다양한 원료를 사용하여 생산할 수 있다. 일반적인 생산 방법으로는 회분식 공정, 불균일 촉매,[74] 초임계 공정, 초음파 및 마이크로웨이브 방법 등이 있다.

화학적으로 에스터교환반응을 거친 바이오디젤은 장쇄 지방산의 모노-알킬 에스터 혼합물로 구성된다. 메탄올을 사용한 메틸 에스터(지방산 메틸 에스터, FAME) 생산이 일반적이나, 에탄올을 사용한 에틸 에스터(지방산 에틸 에스터, FAEE)나 이소프로판올, 부탄올 등 고급 알코올도 사용된다. 분자량이 큰 알코올은 에스터교환반응 효율은 낮지만, 생성되는 에스터의 저온 유동 특성이 향상된다.

대부분의 바이오디젤 생산 공정에 사용되는 메탄올은 화석 연료로 만들어지지만, 이산화탄소나 바이오매스를 원료로 하는 재생 가능한 메탄올도 있어 화석 연료 사용을 줄일 수 있다.[75]

바이오디젤 1톤당 100kg의 글리세롤이 에스터교환반응의 부산물로 생산된다. 바이오디젤 생산량 증가로 글리세롤 시장 가격은 폭락했지만, 글리세롤을 화학적 구성 요소로 활용하기 위한 연구가 진행 중이다.[76] 정제된 글리세롤(98%+ 순도)은 직접 사용하거나 다른 제품으로 전환할 수 있으며, 애슐랜드(Ashland Inc.)와 카길(Cargill), 다우케미칼(Dow Chemical) 등은 글리세롤을 프로필렌글리콜이나 에피클로로히드린으로 전환하는 계획을 발표했다.[77][78] 에피클로로히드린은 에폭시 수지의 원료이다.

5. 1. 생산 방법



바이오디젤은 일반적으로 식물성 기름, 동물성 지방 또는 폐식용유를 에스터교환반응시켜 생산한다. 이 반응을 수행하는 방법에는 일반적인 회분식 공정, 불균일 촉매,[74] 초임계 공정, 초음파 방법, 마이크로웨이브 방법 등이 있다.

화학적으로 에스터교환반응된 바이오디젤은 장쇄 지방산의 모노-알킬 에스터 혼합물로 구성된다. 가장 일반적인 형태는 메탄올(메톡시드나트륨으로 변환됨)을 사용하여 메틸 에스터(지방산 메틸 에스터, FAME)를 생산하는 것이다. 이는 가장 저렴한 알코올이기 때문이다. 에탄올을 사용하여 에틸 에스터(지방산 에틸 에스터, FAEE) 바이오디젤을 생산할 수도 있으며, 이소프로판올 및 부탄올과 같은 고급 알코올도 사용되었다. 분자량이 더 큰 알코올을 사용하면 에스터교환반응 효율이 떨어지지만, 결과적으로 생성되는 에스터의 저온 유동 특성이 향상된다. 지질 에스터교환반응 생산 공정을 사용하여 기본 오일을 원하는 에스터로 전환한다. 기본 오일에 있는 모든 유리 지방산(FFA)은 비누로 전환되어 공정에서 제거되거나 산성 촉매를 사용하여 에스터화(바이오디젤 추가 생성)된다. 이러한 처리 후, 직접 식물성 기름과 달리 바이오디젤은 석유 디젤과 매우 유사한 연소 특성을 가지며 대부분의 현재 용도에서 석유 디젤을 대체할 수 있다.

대부분의 바이오디젤 생산 공정에 사용되는 메탄올은 화석 연료를 사용하여 만들어진다. 그러나 이산화탄소 또는 바이오매스를 원료로 사용하여 만들어진 재생 가능한 메탄올도 있어, 생산 공정에서 화석 연료 사용을 줄일 수 있다.[75]

에스터교환반응 과정의 부산물은 글리세롤이다. 바이오디젤 1톤당 100kg의 글리세롤이 생산된다. 원래 글리세롤에는 가치 있는 시장이 있어 전체 공정의 경제성에 도움이 되었다. 그러나 전 세계 바이오디젤 생산량이 증가함에 따라 원료 글리세롤(물 20% 및 촉매 잔류물 함유)의 시장 가격이 폭락했다. 전 세계적으로 이 글리세롤을 화학적 구성 요소로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다(위키백과 문서 "글리세롤"에서 화학적 중간체 참조). 영국의 글리세롤 챌린지와 같은 이니셔티브도 있다.[76]

일반적으로 원료 글리세롤은 진공 증류를 통해 정제해야 한다. 이는 에너지 집약적이다. 정제된 글리세롤(98%+ 순도)은 직접 사용하거나 다른 제품으로 전환할 수 있다. 2007년 애슐랜드(Ashland Inc.)와 카길(Cargill)의 합작 투자는 글리세롤에서 유럽에서 프로필렌글리콜을 생산할 계획을 발표했고,[77] 다우케미칼(Dow Chemical)은 북미에 대해 유사한 계획을 발표했다.[78] 다우는 또한 글리세롤에서 에피클로로히드린을 생산하기 위해 중국에 공장을 건설할 계획이다.[79] 에피클로로히드린은 에폭시 수지의 원료이다.

카놀라유, 팜유, 올리브유, 해바라기유, 대두유, 쌀겨기름, 대마유 등의 식물성 기름, 어유와 돼지기름, 쇠기름 등의 동물성 기름 및 폐식용유(튀김 기름 등) 등, 다양한 유지가 바이오디젤 연료의 원료가 될 수 있다.

유럽에서는 카놀라유, 중국에서는 오우렌 등, 북미 및 중남미에서는 대두유, 동남아시아에서는 팜유와 코코넛 오일, 피마자에서 얻는 기름이 이용되고 있다.

정제 방법의 차이에 따라 완성된 제품의 성상이 달라질 수 있다. 예를 들어, 정제가 불충분하여 글리세린이 완전히 제거되지 않고 원료 유지(트리글리세리드)가 잔류하는 경우, 슬러지(덩어리)가 발생하여 피스톤링을 고착시키거나 필터 막힘을 유발할 수 있다.[193] 또한 메탄올 제거가 불충분한 경우, 잔류 메탄올이 금속 부재의 부식 원인이 된다.

불포화 결합을 갖는 유기 화합물은 포화 유기 화합물보다 화학적으로 불안정하며, 산소 존재 하에 자가산화를 일으키기 쉽다. 산화 열화가 진행된 연료는 탱크를 부식시키고, 중합체를 생성하여 필터 막힘을 일으키므로, 바이오디젤 연료 정제 시 산화 방지제를 첨가하여 산화 안정성을 향상시키는 것이 필요하다(일반적인 경유는 산화 열화가 발생하지 않는다고 여겨진다).

디젤 기관에 불완전한 생성유가 혼입되면 발화 온도 차이가 발생하여 엔진 부조화나 파손의 원인이 된다. 유지는 점도가 높은 등의 특징을 가지고 있어, 그대로 디젤 자동차용 연료로 사용할 경우, 연료 분사 펌프나 분사 노즐에 침전물이 부착되어 고장이 발생할 수 있다. 따라서 화학 처리를 통해 원료 유지에서 글리세린을 제거하고, 유지를 지방산메틸에스터(Fatty Acid Methyl Ester, '''FAME''') 등 경유와 유사한 물성으로 변환한 것이 디젤 자동차용 연료로 사용된다.

주요 제조 기술에는 다음과 같은 방법이 있다.[210]

  • 균상 알칼리법
  • 금속 산화물법
  • 고정화 효소법
  • 초임계 알코올법
  • 이온 교환 촉매법
  • 수소화 분해법


균상알칼리법(균상 알칼리법)은 알칼리 용액법이라고도 불리며,[212] 비교적 소형 장치로도 제조가 가능하므로, 화학 지식만 있다면 개인이나 소규모 단체에서도 바이오디젤 연료를 제조할 수 있다. 단, 제품 품질을 안정적으로 유지하려면 일정 규모를 확보해야 한다.

구체적인 방법은 다음과 같다.

# 저품질 유지 원료에 포함된 수분과 유리지방산(FFA)을 사전에 제거한다.[211]

# 유지에 메탄올과 KOH나 NaOH 등의 촉매를 첨가하여 에스터 교환 반응을 일으킨다.

# 산을 가하여 중화시킨 후, 지방산메틸에스터와 글리세린으로 분리한다.

# 분리된 지방산메틸에스터를 수세 처리하여 촉매를 제거한다.

# 증류 처리를 하여 메탄올을 제거한다.

메틸에스터화 과정에서 원료 유지의 약 10% 정도의 글리세린이 부산물로 생성된다.[213] 일반적으로 이 글리세린에는 촉매나 미반응 지방산 등이 혼입되어 있어 유효한 용도가 없다고 여겨진다. 효소법이나 초임계법 등으로 고순도 글리세린을 얻을 수는 있지만, 현재 일본에서는 공급 과잉 상태이며, 소규모 분산형 변환 설비로는 충분한 양을 얻을 수 없다는 등의 이유로 글리세린 매각이나 폐기가 매우 어렵다. 따라서 글리세린의 메탄 발효를 통한 자원화 연구가 진행되고 있다.[213]

5. 2. 생산 기술

바이오디젤은 일반적으로 식물성 기름, 동물성 지방, 폐식용유 등 비식용 원료를 에스터교환반응을 통해 생산한다. 이 반응을 수행하는 방법에는 회분식 공정, 불균일 촉매,[74] 초임계 공정, 초음파, 마이크로웨이브 방법 등이 있다.

화학적으로 에스터교환반응을 거친 바이오디젤은 장쇄 지방산의 모노-알킬 에스터 혼합물이다. 메탄올을 사용해 메틸 에스터 (지방산메틸에스터, FAME)를 생산하는 것이 일반적이지만, 에탄올을 이용해 에틸 에스터 (지방산에틸에스터, FAEE)를 만들거나, 이소프로판올, 부탄올 등 고급 알코올을 사용하기도 한다. 분자량이 큰 알코올은 에스터교환반응 효율은 낮지만, 생성되는 에스터의 저온 유동 특성을 향상시킨다. 지질 에스터교환반응 생산 공정은 기본 오일을 원하는 에스터로 전환하며, 유리 지방산(FFA)은 비누로 전환되어 제거되거나 에스터화되어 바이오디젤을 추가 생성한다. 직접 식물성 기름과 달리 바이오디젤은 석유 디젤과 유사한 연소 특성을 가지며, 대부분의 현재 용도에서 석유 디젤을 대체할 수 있다.

대부분의 바이오디젤 생산 공정에 사용되는 메탄올은 화석 연료로 만들어지지만, 이산화탄소나 바이오매스를 원료로 하는 재생 가능한 메탄올도 있어 화석 연료 사용을 줄일 수 있다.[75]

에스터교환반응의 부산물은 글리세롤이다. 바이오디젤 1톤당 100kg의 글리세롤이 생산된다. 글리세롤 시장 가격은 바이오디젤 생산량 증가로 폭락했지만, 글리세롤을 화학적 구성 요소로 활용하기 위한 연구가 진행 중이다.[76] 정제된 글리세롤(98%+ 순도)은 직접 사용하거나 다른 제품으로 전환할 수 있으며, 애슐랜드(Ashland Inc.)와 카길(Cargill), 다우케미칼(Dow Chemical) 등은 글리세롤을 프로필렌글리콜이나 에피클로로히드린으로 전환하는 계획을 발표했다.[77][78] 에피클로로히드린은 에폭시 수지의 원료이다.

2005년 전 세계 바이오디젤 생산량은 380만 톤이었으며, 이 중 약 85%가 유럽 연합에서 생산되었다.[80]

디젤 엔진은 원래 낙화생유를 연료로 사용하도록 발명되었지만,[189] 낙화생 생산의 불안정성과 경유, 중유 등 광물유의 등장으로 연료는 화석연료로 바뀌었다.

일본에서는 제2차 세계 대전 전야에 콩에서 추출한 바이오디젤 연료 사용이 검토되었다.[190] 1935년 이케가이 철공소는 디젤차 한지(寒地) 시험 중 콩기름을 연료로 사용하여 주행에 성공했다.[191]

지구온난화 대책으로 바이오디젤 연료가 다시 주목받고 있다. 유지는 점도가 높아 연료 분사 펌프나 분사 노즐에 침전물을 부착시켜 고장을 일으킬 수 있다. 따라서 화학 처리를 통해 원료 유지에서 글리세린을 제거하고, 지방산메틸에스터(FAME) 등 경유와 유사한 물성으로 변환하여 디젤 자동차용 연료로 사용한다.

주요 제조 기술은 다음과 같다:[210]

  • 균상 알칼리법 (알칼리 용액법)[212]
  • 금속 산화물법
  • 고정화 효소법
  • 초임계 알코올법
  • 이온 교환 촉매법[212][214]
  • 수소화 분해법


균상 알칼리법은 비교적 소형 장치로도 제조 가능하여 개인이나 소규모 단체에서도 바이오디젤 연료를 제조할 수 있다. 그러나 제품 품질을 안정적으로 유지하려면 일정 규모를 확보해야 한다.

균상 알칼리법의 구체적인 과정은 다음과 같다:

1. 저품질 유지 원료의 수분과 유리지방산(FFA)을 사전에 제거한다.[211]

2. 유지에 메탄올과 KOH, NaOH 등의 촉매를 첨가하여 에스터 교환 반응을 일으킨다.

3. 산을 가해 중화 후, 지방산메틸에스터와 글리세린으로 분리한다.

4. 분리된 지방산메틸에스터를 수세 처리하여 촉매를 제거한다.

5. 증류 처리하여 메탄올을 제거한다.

이온 교환 수지 촉매를 이용하는 방법은 타네가시마에서 실증 실험이 진행되었다.[212]

신일본석유(현 JXTG 에너지)와 도요타자동차는 동물성 기름을 포함한 광범위한 원료 유지를 대상으로 수소화 기술을 응용하여 분해하고 불순물을 제거하여 수소화 처리유(Bio Hydrofined Diesel, BHD)를 제조하는 기술을 연구 개발하고 있다.

이 기술은 유지를 원료로 하면서도 기존 석유계 연료와 동등한, 일반 경유 규격에 적합한 연료를 정제할 수 있다고 한다. BHD는 수소 결합 과정에서 불순물이 제거되고, 산화에 의한 열화가 적으며, 화학 합성 경유(GTL)와 동등한 품질이다.[215][216]

팜유를 혼합하여 수소화 분해 처리한 결과, 팜유의 수소화 분해에 의한 경유 유분 수율 향상과 기존 석유 정제 경유와 유사한 성질의 경유 유분을 얻을 수 있음이 확인되었다.[217]

2007년부터 2008년까지 도에이 버스 시부야 영업소의 일부 차량을 이용해 BHD를 노선 버스 영업 운행에 사용하는 실증 실험이 실시되었다.[218]

대규모 설비가 필요한 수소화분해가 아닌, 촉매와 비교적 저온에서 유지를 접촉분해하여 개질하는 기술이 연구되고 있다.[221]

5. 3. 생산량

전 세계 바이오디젤 생산량은 2005년에 380만 톤에 달했으며, 유럽 연합이 생산량의 약 85%를 차지했다.[80] 2011년 미국의 바이오디젤 생산량은 10억 갤런을 넘었으며, 2020년에는 120억 갤런에 달할 것으로 예상된다.[90]

5. 4. 수율

바이오디젤 원료의 단위 면적당 수확량은 생산 규모 확대 가능성에 영향을 미친다. 팜유, 코코넛, 유채, 대두, 피마자, 해바라기 등 다양한 작물이 바이오디젤 원료로 사용된다. 해조류는 육상 작물보다 훨씬 높은 기름 생산량을 보이며, 경작 불가능한 땅이나 해양 환경에서 재배 가능하다는 장점이 있다.

일부 일반적인 수확량
작물수확량
L/haUS gal/acre
팜유[103]align="right" |508
코코넛align="right" |230
유채[103]align="right" |102
대두(인디애나)[105]-59.2–98.6
피마자[106][107]align="right" |97
땅콩[103]align="right" |90
해바라기[103]align="right" |82
대마242align="right" |
colspan="3" |



미국 에너지부(DOE)는 해조류가 대두와 같은 육상 작물보다 에이커당 30배 더 많은 에너지를 생산한다고 보고하고 있다.[108] 하이파 해양학 연구소의 아미 벤-아모츠는 20년 넘게 상업적으로 해조류를 재배해 왔으며, 헥타르당 36톤의 수확량이 실용적이라고 생각한다.[109]

피마자는 바이오디젤의 고수확량 공급원으로 여겨져 왔지만, 수확량은 기후 및 토양 조건에 따라 크게 달라진다. 하한 추정치는 작물당 에이커당 약 200gal (1.5ton~2ton)으로, 기후 조건이 좋은 곳에서는 연간 2회 이상의 수확이 가능했다.[110] 필리핀, 말리, 인도에서 재배되며, 가뭄에 강하고 커피, 설탕, 과일, 채소와 같은 다른 상품 작물과 공간을 공유할 수 있다.[111] 옹호자들에 따르면, 반건조 지역에 적합하며 사막화를 늦추는 데 기여할 수 있다.[112]

6. 응용 분야

바이오디젤은 다양한 분야에서 활용될 수 있다.


  • 차량용 연료: 대부분의 디젤 엔진에서 순수 바이오디젤(B100) 또는 석유계 디젤과 혼합하여 사용할 수 있다. 다만, 일부 최신 커먼 레일 엔진은 제조사에 따라 B5 또는 B20 등으로 사용이 제한될 수 있다.[30] 바이오디젤은 석유계 디젤과 다른 용매 특성을 가지므로, 1992년 이전에 제조된 차량의 경우 고무 가스켓이나 호스를 FKM(바이오디젤과 반응하지 않음) 재질로 교체해야 할 수도 있다.[31] 또한, 연료 라인의 침전물을 분해하여 연료 필터를 막을 수 있으므로, 순수 바이오디젤로 급격하게 전환할 경우 연료 필터를 바로 교체하는 것이 좋다.[32] 크라이슬러는 2005년 유럽 시장에 5% 바이오디젤 혼합 연료를 사용하는 지프 리버티 CRD 디젤 차량을 출시했으며,[34] 2007년에는 미국에서 바이오연료 품질이 표준화될 경우 20% 바이오디젤 혼합 연료에 대한 보증 범위를 확대할 의향이 있다고 밝혔다.[35] 폭스바겐 그룹(Volkswagen Group)은 자사 차량 중 여러 대가 EN 14214 표준과 호환되는 B5 및 B100 유채유 바이오디젤과 호환된다고 발표했다.[36] 반면, 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)는 "생산상의 결함"에 대한 우려로 B5를 초과하는 바이오디젤 연료 사용을 허용하지 않으며, 이로 인한 손상은 보증 대상에서 제외된다고 밝혔다.[37] 대한민국에서는 산업통상자원부, 농림축산식품부, 국토교통부, 환경부에서 바이오디젤에 대한 조사를 실시하고 있으며,[195][196][197] 경유와 혼합하지 않은 바이오디젤 100% 사용은 차량 문제 발생 및 대책이 필요한 사례가 보고되고 있다.
  • 철도용 연료: 영국에서는 20% 바이오디젤을 혼합한 연료를 사용하는 "바이오디젤 기관차"가 운행된 적이 있으며,[43][44] 영국 왕실 열차도 2007년 Green Fuels Ltd.가 공급한 B100(100% 바이오디젤) 연료로 첫 운행을 완료했다.[45] 미국 워싱턴주 동부의 국영 협궤 철도는 2008년 여름 25% 바이오디젤/75% 석유 디젤 혼합 연료를 시험 운행했으며, 디즈니랜드는 2009년부터 자체 식용유로 만든 바이오디젤로 모든 열차를 운행하고 있다. 그랜드 캐니언 철도는 사용한 식용유를 사용하여 기관차를 운행하기 시작했다.[48] 인도 철도에서는 2014년 철도 예산에서 디젤 엔진에 5%의 바이오디젤을 사용하는 방안이 발표되기도 했다.[51]
  • 난방유: 바이오디젤은 가정 및 상업용 보일러의 난방 연료로도 사용될 수 있으며, 등유와 혼합하여 사용한다. 미국과 캐나다에서는 바이오히트(Bioheat)라는 상표명으로 판매되기도 한다.[52] 오래된 보일러의 경우 고무 부품에 주의해야 하지만, 그렇지 않은 경우 변환 없이 사용할 수 있다. 다만, 석유 디젤 찌꺼기로 인한 막힘을 방지하기 위해 연료 필터링 및 교체가 필요할 수 있다.[53] 매사추세츠주와 뉴욕시에서는 난방용 디젤에 일정 비율의 바이오연료를 포함하도록 하는 법률이 통과되었다.[54]
  • 발전용: 바이오디젤은 발전기 연료로 사용될 수 있다. 2001년 캘리포니아 대학교 리버사이드는 100% 바이오디젤로 작동하는 6메가와트 예비 전력 시스템을 설치하여 스모그, 오존 및 황 배출의 부산물을 제거했다.[57] 바이오디젤 발전기는 일산화탄소와 미세먼지를 줄여 대기 오염을 줄이는 데 기여할 수 있다.[58]

바이오디젤은 임대 발전기에서도 사용된다

  • 유출 기름 정화: (내용 없음)

6. 1. 차량용 연료

대부분의 분사 펌프 디젤 엔진에서 바이오디젤을 순수한 형태(B100)로 사용하거나 석유계 디젤과 혼합하여 사용할 수 있다. 새로운 초고압(29,000psi) 커먼 레일 엔진은 제조사에 따라 B5 또는 B20으로 사용이 제한된다.[30] 바이오디젤은 석유계 디젤과 다른 용매 특성을 가지며, 1992년 이전에 제조된 차량에 주로 사용된 천연 고무 가스켓과 호스를 분해할 수 있다. 하지만 이러한 부품들은 이미 FKM(바이오디젤과 반응하지 않음)으로 교체되었을 가능성이 높다. 바이오디젤은 석유계 디젤이 사용된 연료 라인의 잔류물 침전물을 분해하는 것으로 알려져 있어,[31] 순수 바이오디젤로 급격하게 전환하면 연료 필터가 막힐 수 있다. 따라서 바이오디젤 혼합물로 처음 전환한 후에는 엔진과 히터의 연료 필터를 바로 교체하는 것이 좋다.[32]

2005년, 크라이슬러는 유럽 시장에 5% 바이오디젤 혼합 연료를 사용하는 지프 리버티 CRD 디젤 차량을 출시했다.[34] 2007년에는 미국에서 바이오연료 품질이 표준화될 경우 20% 바이오디젤 혼합 연료에 대한 보증 범위를 확대할 의향이 있다고 밝혔다.[35]

폭스바겐 그룹(Volkswagen Group)은 자사 차량 중 여러 대가 EN 14214 표준과 호환되는 B5 및 B100 유채유 바이오디젤과 호환된다는 성명을 발표했다.[36] 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)는 "생산상의 결함"에 대한 우려로 B5를 초과하는 바이오디젤 연료 사용을 허용하지 않으며, 이로 인한 손상은 보증 대상에서 제외된다.[37]

2004년부터 핼리팩스 시는 어유(fish-oil) 기반 바이오디젤로 버스 시스템을 운영하고 있으며,[38][39][40] 2007년, 영국의 맥도날드는 폐식용유 부산물로 바이오디젤을 생산하여 자사 차량 운영에 사용할 것이라고 발표했다.[41] 2014년형 쉐보레 크루즈 클린 터보 디젤은 최대 B20 바이오디젤과 호환되도록 설계되었다.[42]

저온에서는 바이오디젤의 점도가 높아져 유동성이 저하될 수 있으며, 특히 겨울철에는 왁스 성분이 굳을 수 있다. 따라서 열교환기나 연료 히터를 사용하거나, 시동은 경유로 하고 예열 후 바이오디젤로 전환하는 등의 대책이 필요하다.

대한민국에서는 산업통상자원부, 농림축산식품부, 국토교통부, 환경부에서 바이오디젤에 대한 조사를 실시하고 있으며,[195][196][197] 경유와 혼합하지 않은 바이오디젤 100% 사용은 차량 문제 발생 및 대책이 필요한 사례가 보고되고 있다.

  • 교토시 등 일부 지자체는 쓰레기 수거차 및 시영버스 등에 바이오디젤 연료를 사용하고 있다.
  • 2004년부터 아이치현 동영정에서는 공용차량에 바이오디젤을 사용하고 있다.
  • 2005년부터 지바현의 이즈미 철도에서는 기관차 연료에 식물성 기름을 섞어 사용하는 시험을 실시하고 있다.
  • 2007년 다카르 랠리에는 카타야마 우쿄가 폐식용유를 원료로 한 100% 바이오디젤 연료를 사용한 토요타 랜드크루저 100으로 완주하였다.[203]
  • 2007년 여름부터 3년간, 미야기현시오가마시의 시영 도선의 연료를 바이오디젤 연료로 전환하는 도입 시험을 실시할 예정이다.
  • 2008년부터 효고현의 호조 철도에서 바이오디젤로 기관차를 운행하는 시험을 실시한다.
  • 노선버스 사용 사례
  • 오미 철도 버스·에가와 교통이 비와호 횡단 에코버스에 사용.
  • 교토시 교통국 - 교토시영버스
  • 도쿄도 교통국 - 도영버스
  • 토카치 버스 자위대·이나다 선, 홋카이도 타쿠쇼쿠 버스 일중·요양소 선
  • 한큐 버스 - 2007년 12월, 오사카부 내 유휴 농지에서 재배한 유채를 원료로 한 바이오디젤 연료를 사용하였다.[204] 2008년 12월부터는 폐식용유를 정제한 100% 바이오디젤 연료로 차량을 운전하였다.[205] 2020년 12월에는 BDF를 사용하는 발전기를 설치하였다.[206]
  • 야마나시 교통 - 폐식용유를 정제하여 버스에 이용하고 있다.
  • 우베시 종합정책부 기획과 - 2008년 3월부터 대체버스(커뮤니티 버스)의 연료를 식품 폐유에서 생성한 바이오디젤 연료만으로 운행하고 있다.[207]
  • 땡스네이처버스 - 도쿄도메구로구지유가오카 주변을 달리는 커뮤니티 버스로, VDF(Vegetable Diesel Fuel)라는 대체 연료를 사용하고 있다.[208][209]
  • 과거, 일본 텔레비전의 『철완!DASH!!』에서 바이오디젤을 연료로 하는 자동차를 운행하는 실험이 실시되었다.

6. 2. 철도용 연료

영국 철도 운영 회사인 버진 트레인스 웨스트 코스트(Virgin Trains West Coast)는 220형 기관차를 개조하여 80%의 석유 디젤과 20%의 바이오디젤을 사용하는 영국 최초의 "바이오디젤 기관차"를 운행했다.[43][44]

2007년 9월 15일, 영국 왕실 열차는 Green Fuels Ltd.가 공급한 B100(100% 바이오디젤) 연료로 첫 운행을 완료했다. 찰스 3세와 Green Fuels의 경영 이사인 제임스 하이게이트는 이 열차의 첫 승객이었다. 이후 왕실 열차는 B100으로 성공적으로 운행되었다.[45]

워싱턴주 동부의 국영 협궤 철도는 2008년 여름 25% 바이오디젤/75% 석유 디젤 혼합 연료를 시험 운행했다. 이 열차는 철도 노선 주변 농업 지역에서 재배된 캐놀라를 일부 사용하여 만든 바이오디젤로 운행되었다.[47]

2007년 디즈니랜드는 B98(98% 바이오디젤)을 사용하여 공원 열차를 운행하기 시작했으며, 2009년 1월에는 공원에서 자체적으로 사용한 식용유로 제조한 바이오디젤로 모든 열차를 운행할 것이라고 발표했다.[48]

2009년, 그랜드 캐니언 철도는 사용한 식용유를 사용하여 기관차 4960을 운행하기 시작했다.

2014년 7월 8일,[50] 당시 인도 철도부 장관인 D.V. 사다난다 고우다는 철도 예산에서 인도 철도의 디젤 엔진에 5%의 바이오디젤을 사용할 것이라고 발표했다.[51]

6. 3. 난방유

바이오디젤은 가정 및 상업용 보일러의 난방 연료로도 사용될 수 있으며, 이는 등유와 바이오연료를 혼합한 것이다. 운송용 디젤 연료와는 약간 다르게 표준화되고 과세된다. 바이오히트 연료는 바이오디젤과 기존 등유의 혼합물이다. 바이오히트는 미국 미국 바이오디젤 위원회(National Biodiesel Board, NBB)와 미국 국립 석유 난방 연구 연합(National Oilheat Research Alliance, NORA)의 등록 상표이며, 캐나다에서는 콜럼비아 퓨얼스(Columbia Fuels)에서 사용한다.[52] 난방용 바이오디젤은 다양한 혼합 비율로 제공된다. ASTM 396은 최대 5% 바이오디젤 혼합을 순수 석유 난방유와 동등한 것으로 인정한다. 최대 20%의 바이오연료가 혼합된 연료를 많은 소비자가 사용하고 있으며, 이러한 혼합물이 성능에 영향을 미치는지에 대한 연구가 진행 중이다.

오래된 보일러에는 바이오디젤의 용매 성질에 영향을 받는 고무 부품이 포함되어 있을 수 있지만, 그 외에는 변환 없이 바이오디젤을 연소시킬 수 있다. 석유 디젤에 의해 남은 바니시가 방출되어 파이프를 막을 수 있으므로 주의해야 하며, 연료 필터링과 신속한 필터 교체가 필요하다. 또 다른 방법은 바이오디젤을 혼합물로 사용을 시작하고 시간이 지남에 따라 석유 비율을 줄이는 것이다. 이렇게 하면 바니시가 더 서서히 제거되어 막힐 가능성이 줄어든다. 바이오디젤의 강력한 용매 성질로 인해 보일러가 청소되고 일반적으로 효율이 향상된다.[53]

매사추세츠주 주지사 드벌 패트릭(Deval Patrick)의 법률에 따라 2010년 7월 1일까지 해당 주의 모든 가정 난방용 디젤에 2%의 바이오연료가 포함되어야 하며, 2013년까지는 5%의 바이오연료가 포함되어야 한다.[54] 뉴욕 시도 유사한 법률을 통과시켰다.

6. 4. 유출 기름 정화

바이오디젤은 등유와 바이오연료를 혼합하여 가정 및 상업용 보일러 난방 연료로 사용될 수 있다. 이는 운송용 디젤 연료와는 약간 다르게 표준화 및 과세된다. 바이오히트 연료는 바이오디젤과 기존 등유의 혼합물로, 미국 미국 바이오디젤 위원회(National Biodiesel Board, NBB)와 미국 국립 석유 난방 연구 연합(National Oilheat Research Alliance, NORA)의 등록 상표이며, 캐나다에서는 콜럼비아 퓨얼스(Columbia Fuels)에서 사용한다.[52]

오래된 보일러에는 바이오디젤의 용매 성질에 영향을 받는 고무 부품이 있을 수 있지만, 그렇지 않은 경우에는 변환 없이 바이오디젤을 연소시킬 수 있다. 다만, 석유디젤에 의해 남은 바니시(찌꺼기)가 방출되어 파이프를 막을 수 있으므로 연료 필터링과 신속한 필터 교체가 필요하다. 또는 바이오디젤을 혼합물로 사용을 시작하고 시간이 지남에 따라 석유 비율을 줄여 바니시를 서서히 제거하는 방법도 있다. 바이오디젤의 강력한 용매 성질은 보일러를 청소하고 효율을 향상시키는 효과가 있다.[53]

매사추세츠주 주지사 드벌 패트릭은 2010년 7월 1일까지 해당 주의 모든 가정 난방용 디젤에 2%의 바이오연료를 포함하고, 2013년까지 5%를 포함하도록 하는 법률에 서명했다.[54] 뉴욕시도 유사한 법률을 통과시켰다.

6. 5. 발전용



바이오디젤은 발전기 연료로 사용될 수 있다. 2001년 캘리포니아 대학교 리버사이드는 바이오디젤로 완전히 연료를 공급받는 6메가와트 예비 전력 시스템을 설치했다.[57] 예비 디젤 발전기는 높은 오염 및 배출률을 감수하면서 기업들이 중요한 운영의 치명적인 정전을 피할 수 있도록 한다. B100(100% 바이오디젤)을 사용함으로써, 이 발전기들은 스모그, 오존 및 황 배출의 부산물을 근본적으로 제거할 수 있었다.[57] 이러한 발전기를 학교, 병원 및 일반 대중 주변의 주거 지역에서 사용하면 독성이 강한 일산화탄소와 미세먼지가 상당히 감소한다.[58]

7. 환경 및 사회적 영향

바이오디젤은 환경 및 사회적으로 다양한 영향을 미친다. 유엔기후변화협약에 따라 지구온난화 방지를 위해 제정된 교토의정서에서는 생물체에서 유래하는 연료는 이산화탄소 배출량에 포함시키지 않는다. 이는 바이오디젤의 원료가 되는 생물이 성장 과정에서 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소를 흡수하므로, 연료를 연소시켜도 원래 대기 중에 존재했던 것 이상의 이산화탄소를 발생시키지 않는다는 탄소중립 개념에 기반한다. 따라서 바이오디젤은 태양광, 풍력과 같은 재생 가능 에너지로 분류된다.[54]

하지만 바이오디젤 생산에는 긍정적인 측면만 있는 것은 아니다. 일본 통상산업성 심의회에서는 말레이시아와 인도네시아 등 팜 야자 원산지에서 농장 개발을 위한 산림 파괴 (환경 파괴)가 진행될 수 있다는 우려를 제기했다. 브라질 등에서는 바이오연료 생산으로 인해 과일, 곡물 공급 부족 및 가격 상승 현상이 나타나고 있으며, 바이오매스 에탄올과 마찬가지로 식량을 연료로 사용하는 것에 대한 비판도 제기되고 있다.

바이오디젤 사용은 일산화탄소(CO), 미세먼지(PM) 등 일부 배출가스 감소에 기여할 수 있지만,[66][67] 질소산화물(NOx) 배출량을 증가시킬 수 있다.[69][200] 이는 바이오디젤에 경유보다 많은 산소가 포함되어 연소 시 흡기 중의 질소와 더 쉽게 결합하기 때문이다.[201]

또한, 전 세계 식물성 기름과 동물성 지방 생산량은 액체 화석 연료 사용을 대체하기에 충분하지 않다. 추가적인 식물성 기름 생산에 필요한 농업, 비료 및 살충제 사용, 토지 이용 전환에 대한 반대도 존재한다.[102]

인도네시아의 삼림 벌채. 팜유 농장을 조성하기 위해


바이오디젤에 대한 관심이 높아지면서, 온실가스 배출량 감소,[134] 산림 벌채, 오염, 생분해 속도 등 다양한 환경적 영향이 부각되고 있다.

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일반적인 비판은 토지 이용 변화로 인해 화석 연료만 사용하는 것보다 더 많은 배출을 유발할 수 있다는 것이다.[142] 하지만 이 문제는 농업에 부적합한 토지를 사용할 수 있는 조류 바이오 연료로 해결할 수 있다.

바이오디젤의 환경적 영향은 다양하며, 생산 방법과 사용되는 원료에 따라 크게 달라진다. 이산화탄소 배출량만 고려하면 바이오디젤 연소는 일반 화석 연료와 유사하지만, 생산에 사용되는 식물은 성장 과정에서 대기 중 이산화탄소를 흡수한다.

바이오디젤의 탄소 강도를 계산하는 것은 복잡하며, 여러 요소를 고려해야 한다.

  • 원료 재배 및 운송, 가공 과정에서 발생하는 배출량
  • 원료 재배로 인한 CO2 흡수량
  • 토지 이용 변화로 인한 배출량
  • 바이오디젤 운송 및 효율, 부산물 생산으로 인한 영향


유채유나 해바라기유로 만든 바이오디젤은 석유 디젤보다 온실 가스 배출량이 45~65% 낮지만,[143][144][145][146] 사용된 식용유나 폐기물 지방으로 만든 바이오디젤은 CO2 배출량을 최대 85%까지 줄일 수 있다.[140] 그러나 원료 생산 증가가 삼림 벌채에 영향을 미칠 수 있으며, 이로 인한 온실 가스 배출량은 바이오디젤 사용으로 인한 감소 효과를 상쇄할 수 있다.[140][142]

바이오디젤은 원료에 따라 다양한 성질을 가지며, 이는 연료 자체의 특성에도 영향을 미친다.

  • 저온 겔화: 팜유, 코코넛유, 우지(동물성 지방) 등을 원료로 한 바이오디젤은 저온에서 굳기 쉽다.[193]
  • 물 오염: 정제 과정에서 메탄올 제거가 불충분할 경우, 잔류 메탄올이 금속 부식의 원인이 될 수 있다.[193]
  • 기타 문제: 유채유, 해바라기유, 쌀겨유는 산화되기 쉽고, 어유는 저온에서 굳기 어렵지만 열에 의해 슬러지가 발생하기 쉽다. 정제가 불충분하면 글리세린이나 원료 유지가 남아 피스톤링 고착이나 필터 막힘을 유발할 수 있다.[193] 불포화 결합을 가진 유기 화합물은 산소 존재 하에 자가산화를 일으키기 쉬워 산화 방지제 첨가가 필요하며, 불완전한 생성유 혼입은 엔진 부조화나 파손의 원인이 될 수 있다.

7. 1. 연료 효율

바이오디젤의 출력은 혼합 비율, 품질, 연료가 연소되는 부하 조건에 따라 달라진다. 예를 들어 B100 (순수 바이오디젤)의 열효율은 에너지 함량 차이로 인해 B20 (바이오디젤 20% 혼합)과 다를 수 있다.[59] 연료의 열효율은 점도, 비중, 인화점과 같은 연료 특성에 따라 달라지는데, 이러한 특성들은 바이오디젤의 혼합 비율과 품질에 따라 변한다. 미국재료시험협회(ASTM)는 주어진 연료 샘플의 품질을 판단하기 위한 표준을 설정했다.[59]

한 연구에 따르면, B40 (바이오디젤 40% 혼합)의 제동 열효율은 더 높은 압축비에서 기존의 석유계 연료보다 우수했다. 특히 21:1의 압축비에서 B40 혼합물이 다른 모든 혼합물보다 가장 경제적이었다. 이 연구는 효율 증가가 연료의 밀도, 점도 및 발열량 때문이라고 보았다.[60]

7. 2. 연소

일부 현대 디젤 엔진의 연료 시스템은 바이오디젤을 사용하도록 설계되지 않았지만, 많은 중장비 엔진은 최대 B20까지 바이오디젤 혼합 연료를 사용할 수 있다.[6] 기존의 직분사 연료 시스템은 인젝터 끝단에서 약 3,000psi (제곱 인치당 파운드)의 압력으로 작동하는 반면, 현대식 커먼 레일 연료 시스템은 인젝터 끝단에서 30,000psi 이상의 압력으로 작동한다. 구성 요소는 영하 이하부터 약 0.6°C 이상까지의 넓은 온도 범위에서 작동하도록 설계된다. 디젤 연료는 효율적으로 연소되고 가능한 한 적은 배출가스를 생성해야 한다. 디젤 엔진에 배출 기준이 도입됨에 따라 유해 배출가스를 제어해야 할 필요성이 디젤 엔진 연료 시스템의 매개변수에 반영되고 있다. 기존의 인라인 분사 시스템은 커먼 레일 시스템과 달리 품질이 낮은 연료에도 더 관용적이다. 커먼 레일 시스템의 더 높은 압력과 더 엄격한 공차는 미립화와 분사 시기를 더욱 정밀하게 제어할 수 있게 한다. 이러한 미립화 및 연소 제어는 현대 디젤 엔진의 효율성을 높이고 배출가스를 더욱 효과적으로 제어할 수 있게 한다. 디젤 연료 시스템 내의 구성 요소는 연료와 상호 작용하여 연료 시스템과 엔진의 효율적인 작동을 보장한다. 특정 작동 매개변수를 갖는 시스템에 사양을 벗어난 연료가 주입되면 전체 연료 시스템의 무결성이 손상될 수 있다. 분무 패턴과 미립화와 같은 일부 매개변수는 분사 시기와 직접적으로 관련이 있다.[61]

한 연구에 따르면, 미립화 과정에서 바이오디젤과 그 혼합 연료는 기존의 석유계 디젤 연료보다 더 큰 직경의 방울을 생성하는 것으로 나타났다. 더 작은 방울은 기존 디젤 연료의 더 낮은 점도와 표면 장력 때문인 것으로 밝혀졌다. 분무 패턴 주변부의 방울이 중앙부의 방울보다 직경이 더 큰 것으로 나타났다. 이는 분무 패턴 가장자리에서 더 빠른 압력 강하 때문이며, 방울 크기와 인젝터 끝단으로부터의 거리 사이에는 비례 관계가 있는 것으로 나타났다. B100이 가장 큰 분무 관통력을 가진 것으로 나타났는데, 이는 B100의 더 큰 밀도 때문인 것으로 분석되었다.[62] 방울 크기가 더 크면 연소 효율이 저하되고 배출가스가 증가하며 마력이 감소할 수 있다. 또 다른 연구에 따르면, 바이오디젤을 분사할 때 짧은 분사 지연이 발생하는 것으로 나타났다. 이 분사 지연은 바이오디젤의 더 높은 점도 때문인 것으로 밝혀졌다. 바이오디젤의 기존 석유계 디젤보다 더 높은 점도와 더 높은 세탄가는 점화 지연 기간 동안 공기와의 혼합물 침투뿐만 아니라 미립화가 불량하게 만드는 것으로 언급되었다.[63] 또 다른 연구에서는 이러한 점화 지연이 배출 감소에 도움이 될 수 있다는 점을 지적했다.[64]

7. 3. 배출가스

바이오디젤 사용은 일산화탄소(CO), 미세먼지(PM) 등 일부 배출가스 감소에 기여할 수 있다.[66][67] 전북대학교의 연구에 따르면 B30 바이오디젤 혼합연료는 일산화탄소 배출량을 약 83%, 미세먼지 배출량을 약 33% 줄이는 것으로 나타났다.[69] EPA의 조사에 따르면, 경유 중 FAME 혼합 비율을 높이면 디젤 엔진 배기가스 중의 미세먼지(PM), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)는 감소하는 것으로 보고되었다.[200]

하지만, 바이오디젤 사용은 질소산화물(NOx) 배출량을 증가시킬 수 있다.[69][200] NOx가 증가하는 이유는 바이오디젤에 경유보다 많은 산소가 포함되어 있어 연소 시 흡기 중의 질소와 더 쉽게 결합하기 때문이다.[201] 그러나 EGR 시스템을 사용하면 B20 바이오디젤 혼합연료가 엔진 배출가스를 상당히 줄일 수 있다는 연구 결과가 있다.[69] EGR 시스템을 사용하면 NOx 배출량을 줄일 수 있음이 입증되었다.[72]

바이오디젤 원료에 따라 탄소 배출량에 큰 차이가 있을 수 있다. 캘리포니아 대기자원위원회의 분석에 따르면 바이오디젤은 초저황 디젤, 가솔린, 옥수수 기반 에탄올, 압축천연가스 및 다양한 원료로 만든 5가지 유형의 바이오디젤을 포함한 테스트 연료 중 탄소 배출량이 가장 낮았다. 사용된 원료에 따라 바이오디젤의 탄소 배출량에 큰 차이가 있었는데, 대두유가 탄소 배출량이 가장 높았고, 사용된 폐식용유가 가장 낮았다.[70]

환경부 중앙환경심의회 답변에 따르면, FAME 사용 시 배기가스 성능에 미치는 영향은 다음과 같이 정리되어 있다.[202]

  • FAME을 경유에 첨가하면 촉매를 장착하지 않은 경우, 경유만을 사용한 경우에 비해 PM 중 SOF(연료나 윤활유의 미연소분으로부터 되는 유기화합물)가 증가한다.
  • NOx, 일산화탄소(CO)가 약간 증가하는 경우가 있으며, 미규제의 알데히드류나 벤젠류도 증가하는 경향이 있었다.
  • 산화 능력이 높은 촉매를 장착함으로써 증가하고 있던 배기가스 성분을 저감할 수 있다.
  • FAME을 경유의 대체로서 또는 경유에 첨가하여 사용하는 경우에는 산화 능력이 높은 촉매를 장착할 필요가 있다.

7. 4. 식량, 토지, 물 문제

현재 전 세계 식물성 기름과 동물성 지방 생산량은 액체 화석 연료 사용을 대체하기에 충분하지 않다. 더욱이, 추가적인 식물성 기름을 생산하는 데 필요한 막대한 농업과 그로 인한 비료 사용, 살충제 사용, 토지 이용 전환에 반대하는 사람들도 있다.[102]

미국에서 생산되는 옥수수의 최대 40%가 에탄올 생산에 사용되며, 전 세계적으로 모든 곡물의 10%가 바이오연료로 전환된다.[125] [126] 미국과 유럽에서 바이오연료에 사용되는 곡물을 50% 줄이면 우크라이나의 모든 곡물 수출량을 대체할 수 있다.[127]

일부 빈곤국에서는 식물성 기름 가격 상승으로 문제가 발생하고 있다.[128][129] 일각에서는 카멜리나, 야트로파, 갯메꽃과 같이 식용이 불가능한 식물성 기름만을 사용하여 연료를 생산해야 한다고 주장한다.[130] 이러한 작물들은 많은 나무와 농작물이 자라지 않거나 수확량이 적은 열악한 농경지에서도 잘 자랄 수 있다.

반면, 문제가 더 근본적이라는 주장도 있다. 농부들은 더 많은 돈을 벌기 위해 식량 작물 생산에서 바이오연료 작물 생산으로 전환할 수 있으며, 새로운 작물이 식용이 아니더라도 마찬가지이다.[131][132] 수요와 공급의 법칙에 따르면, 농부들이 식량 생산을 줄이면 식량 가격이 상승할 것이다. 농부들이 재배 작물을 바꾸는 데 시간이 걸릴 수 있지만, 1세대 바이오연료에 대한 수요 증가는 여러 종류의 식량 가격 상승으로 이어질 가능성이 높다. 일부에서는 식물성 기름 가격 상승으로 인해 더 많은 돈을 버는 빈곤 농민과 빈곤 국가가 있다는 점을 지적했다.[133]

해조류에서 추출한 바이오디젤은 현재 식량 생산에 사용되는 육상 토지를 대체하지 않아도 되며, 새로운 해조류 양식 일자리가 창출될 수 있다.

7. 5. 환경 영향



바이오디젤에 대한 관심이 급증하면서, 바이오디젤 사용과 관련된 여러 환경적 영향이 부각되었다. 여기에는 온실가스 배출량 감소,[134] 산림 벌채, 오염 및 생분해 속도가 포함될 수 있다.

미국 환경보호청(EPA)이 2010년 2월에 발표한 [https://web.archive.org/web/20110202202402/http://www.epa.gov/otaq/renewablefuels/420r10006.pdf 재생연료 표준 프로그램 규제 영향 분석]에 따르면, 대두유로 만든 바이오디젤은 석유 디젤에 비해 평균 57%의 온실가스 감소 효과가 있으며, 폐식용유로 만든 바이오디젤은 86%의 감소 효과가 있다.

그러나 열대우림 구하기[135] 및 그린피스[136] 와 같은 환경 단체들은 바이오디젤 생산에 사용되는 식물(예: 팜유, 대두, 사탕수수)의 재배를 비판한다. 열대우림의 벌채는 기후 변화를 악화시키고, 팜유, 대두, 사탕수수 농장을 조성하기 위해 민감한 생태계가 파괴된다. 또한, 경작지가 식량 생산에 더 이상 사용되지 않기 때문에 바이오연료가 세계적인 기아에 기여한다는 주장도 있다. 환경보호청은 2012년 1월, 팜유로 만든 바이오연료는 기후 친화적이지 않기 때문에 미국의 재생연료 의무량에 포함되지 않는다는 자료를 발표했다.[137] 환경운동가들은 인도네시아와 말레이시아 등에서 팜유 농장의 확장이 열대림 벌채를 가속화했기 때문에 이러한 결론을 환영했다.[137][138]

인도네시아는 주로 팜유로 바이오디젤을 생산한다. 농경지가 한정되어 있기 때문에 팜유 나무의 단일경작을 위해 다른 작물 재배지 또는 열대우림을 개간해야 한다. 따라서 주요 환경 위협은 인도네시아의 열대우림 파괴이다.[139]

바이오디젤의 환경적 영향은 다양하며 명확하지 않다. 바이오디젤 사용을 위한 자주 언급되는 유인책은 화석 연료에 비해 온실가스 배출량을 낮출 수 있다는 점이다. 이것이 사실인지 여부는 여러 요인에 따라 달라진다.

바이오디젤에 대한 일반적인 비판은 토지 이용 변화로, 화석 연료만 사용하는 것보다 더 많은 배출을 유발할 가능성이 있다는 것이다.[142] 하지만 이 문제는 농업에 부적합한 토지를 사용할 수 있는 조류 바이오 연료로 해결될 수 있다.

이산화탄소는 주요 온실 가스 중 하나이다. 바이오디젤 연소는 일반 화석 연료와 유사한 이산화탄소 배출량을 생성하지만, 생산에 사용되는 식물 원료는 성장할 때 대기 중 이산화탄소를 흡수한다. 식물은 광합성이라는 과정을 통해 이산화탄소를 흡수하여 태양 에너지를 설탕과 전분 형태로 저장한다. 바이오매스가 바이오디젤로 전환되어 연료로 연소되면 에너지와 탄소가 다시 방출된다. 그 에너지의 일부는 엔진을 작동하는 데 사용될 수 있으며 이산화탄소는 대기 중으로 다시 방출된다.

따라서 총 온실 가스 배출량을 고려할 때 전체 생산 과정과 그러한 생산이 야기할 수 있는 간접적인 영향을 고려하는 것이 중요하다. 이산화탄소 배출량에 대한 영향은 생산 방법과 사용되는 원료의 종류에 따라 크게 달라진다. 바이오연료의 탄소 강도를 계산하는 것은 복잡하고 부정확한 과정이며 계산에 사용된 가정에 크게 의존한다.

바이오 연료의 탄소 강도 계산에 일반적으로 포함되는 요소는 다음과 같다.

  • 원료 재배에서 발생하는 배출량 (예: 비료에 사용되는 석유화학물질)
  • 원료를 공장으로 운송하는 데 발생하는 배출량
  • 원료를 바이오디젤로 가공하는 데 발생하는 배출량
  • 원료 재배에서 발생하는 CO2 흡수량


때로는 고려되지 않지만, 매우 중요한 요소는 다음과 같다.

  • 연료 원료가 재배되는 지역의 토지 이용 변화로 인한 배출량
  • 공장에서 사용 지점까지 바이오디젤을 운송하는 데 발생하는 배출량
  • 표준 디젤에 비해 바이오디젤의 효율
  • 배기구에서 생성되는 이산화탄소량 (바이오디젤은 4.7% 더 많이 생성할 수 있음)
  • 사료 또는 글리세린과 같은 유용한 부산물 생산으로 인한 이점


토지 이용 변화를 고려하지 않고 현재의 생산 방법을 가정하면, 유채유와 해바라기유로 만든 바이오디젤은 석유 디젤보다 온실 가스 배출량이 45~65% 낮다.[143][144][145][146] 그러나 생산 공정의 효율을 개선하기 위한 연구가 계속되고 있다.[143][145] 사용된 식용유나 기타 폐기물 지방으로 생산된 바이오디젤은 CO2 배출량을 최대 85%까지 줄일 수 있다.[140] 원료가 기존 경작지에서 재배되는 한 토지 이용 변화는 온실 가스 배출량에 거의 영향을 미치지 않는다. 그러나 원료 생산 증가가 삼림 벌채율에 직접적인 영향을 미친다는 우려가 있다. 이러한 벌채는 숲, 토양 및 이탄층에 저장된 탄소를 방출시킨다. 삼림 벌채로 인한 온실 가스 배출량이 너무 많아 바이오디젤 사용 자체로 인한 배출량 감소의 이점은 수백 년 동안 무시할 수 있을 것이다.[140][142] 따라서 팜유와 같은 원료로 생산된 바이오연료는 일부 화석 연료보다 이산화탄소 배출량이 훨씬 많을 수 있다.[147]

유엔기후변화협약에 따라 지구온난화 방지를 위해 제정된 교토의정서에서는, 생물체에서 유래하는 연료는 이산화탄소 배출량에 포함되지 않는다. 즉, 화석연료를 연소시키는 것은 그 안에 포함된 탄소를 이산화탄소로서 대기 중에 새롭게 추가하는 것이지만, 바이오디젤은 원료가 되는 생물이 성장 과정에서 광합성에 의해 대기 중의 이산화탄소를 흡수하고 있으므로, 그 생물로부터 만들어지는 연료를 연소시켜도 원래 대기 중에 존재했던 것 이상의 이산화탄소를 발생시키지 않는다(탄소중립)는 생각이다. 이에 따르면, 바이오디젤 연료는 태양광이나 풍력과 마찬가지로 재생 가능 에너지로 분류된다.

반면, 일본 통상산업성 심의회에서는 원료로 일본이 대량으로 수입하게 될 팜 야자의 원산국인 말레이시아와 인도네시아에서 야자 농장 개발을 위해 산림 파괴 (환경 파괴)가 진행될 우려가 있다고 지적했다.

또한, 브라질 등에서는 더 높은 수익률을 얻기 위한 바이오연료 생산을 위해 오렌지 생산 등이 전환되어, 그것에 의한 과일, 곡물의 공급 부족, 가격 상승 현상이 일어나고 있으며, 바이오매스 에탄올의 사례와 마찬가지로 식량을 연료로 소비하는 것에 대한 의혹과 비판도 제기되고 있다.

7. 6. 기타 문제점

바이오디젤은 원료에 따라 다양한 성질을 가지며, 이는 연료 자체의 특성에도 영향을 미친다.

  • 저온 겔화: 팜유, 코코넛유, 우지(동물성 지방) 등을 원료로 한 바이오디젤은 저온에서 굳기 쉬운 성질을 가지고 있다.[193]
  • 물 오염: 정제 과정에서 메탄올 제거가 불충분할 경우, 잔류 메탄올이 금속 부재의 부식 원인이 될 수 있다.[193]
  • 기타 문제:
  • 유채유, 해바라기유, 쌀겨유를 원료로 할 경우 산화되기 쉽다.
  • 어유는 저온에서 굳기 어렵지만, 열에 의해 슬러지(찌꺼기)가 발생하기 쉽다.
  • 정제가 불충분하여 글리세린이 완전히 제거되지 않거나 원료 유지(트리글리세리드)가 남을 경우, 슬러지가 발생하여 피스톤링 고착이나 필터 막힘을 유발할 수 있다.[193]
  • 불포화 결합을 가진 유기 화합물은 산소 존재 하에 자가산화를 일으키기 쉬워, 산화 방지제 첨가가 필요하다.
  • 불완전한 생성유 혼입은 엔진 부조화나 파손의 원인이 될 수 있다.

8. 정책 및 규제

전 세계 많은 국가들이 화석연료와 석유에 대한 대체 에너지원으로 바이오디젤을 포함한 바이오연료의 생산 및 사용 증가를 장려하고 있다. 각국 정부는 석유 의존도를 줄이고 재생에너지 사용을 늘리기 위한 인센티브로 법률 및 제도를 시행하고 있다.[121] 많은 국가들이 바이오디젤 사용, 수입 및 생산에 대한 세금 및 환급과 관련하여 자체적인 독립적인 정책을 가지고 있다.

매사추세츠주에서는 드벌 패트릭 주지사의 법률에 따라 2010년 7월 1일까지 해당 주의 모든 가정 난방용 디젤에 2%의 바이오연료를 포함해야 했으며, 2013년까지는 5%의 바이오연료를 포함하도록 했다.[54]

8. 1. 캐나다

캐나다는 환경보호법 C-33호에 따라 2010년까지 가솔린에 5%의 재생 가능한 연료를 포함하도록, 그리고 2013년까지 경유와 난방유에 2%의 재생 가능한 연료를 포함하도록 규정했다.[121] 바이오연료를 위한 에코에너지 프로그램(EcoENERGY for Biofuels Program)은 2008년부터 2010년까지 리터당 0.2캐나다 달러의 인센티브 비율을 통해 바이오디젤을 포함한 다른 바이오연료의 생산을 지원했으며, 2016년 인센티브 비율이 0.06CAD에 도달할 때까지 매년 0.04CAD씩 감소할 예정이었다. 각 주는 바이오연료 사용 및 생산과 관련하여 특정한 입법 조치를 시행하고 있다.[122]

8. 2. 미국

체적 에탄올 소비세 공제(VEETC)는 미국의 바이오연료 정책의 일환으로, 바이오연료에 대한 주요 재정 지원책이었으나 2010년에 만료될 예정이었다. 이 법에 따라 바이오디젤 생산에는 신규 원료유에서 생산된 경우 갤런당 1USD, 재활용 원료유에서 생산된 경우 갤런당 0.5USD의 세액 공제가 보장되었다.[123]

현재 대두유는 운송 부문의 연료 혼합 등 여러 상업적 목적으로 대두 바이오디젤을 생산하는 데 사용되고 있다.[6]

8. 3. 유럽 연합

유럽 연합은 바이오디젤 최대 생산 지역이며, 프랑스와 독일이 최대 생산국이다. 바이오디젤 사용을 늘리기 위해 연료에 바이오디젤을 혼합하도록 하는 정책을 시행하고 있으며, 목표치에 도달하지 못할 경우 처벌 규정도 있다.[121] 프랑스는 10% 혼합을 목표로 했지만, 2010년 계획이 중단되었다.[121] 유럽 연합 국가들이 바이오연료 생산을 계속하도록 장려하기 위해 생산량에 대한 특정 할당량에 대해서는 세금 감면 혜택을 제공한다. 독일에서는 운송용 디젤 연료에 바이오디젤을 최소 7% 혼합하도록 규정하고 있으며, 이를 "B7"이라고 부른다.

8. 4. 말레이시아

말레이시아는 2022년 말까지 전국적으로 B20 팜유 바이오연료 프로그램 도입을 계획하고 있다. 운송 부문에 팜유 성분 20%를 함유한 바이오연료(B20으로 알려짐) 생산 의무화는 2020년 1월에 처음 시행되었지만, 코로나바이러스 발생을 억제하기 위한 이동 제한으로 인해 지연되었다.[124]

8. 5. 일본

이전까지 일본에서는 바이오디젤 연료에 대한 규격이 존재하지 않았다. 그러나 최근 일반 자동차용 연료로 사용하려는 움직임이 있어, 경제산업성의 심의회인 종합자원에너지조사회에서 유럽 규격을 참고하여 규격화가 검토되어 왔다.

이 심의회의 검토 결과를 바탕으로, BDF 혼합 경유를 일반 디젤 차량에 사용했을 때 필요한 연료 성상에 관한 항목을 규정하기 위해, 석유 및 석유대체연료의 품질의 확보 등에 관한 법률시행규칙이 개정되었다. (헤이세이 19년 경제산업성령 제3호. 개정 성령 공포일: 헤이세이 19년 1월 15일, 시행일: 헤이세이 19년 3월 31일)[198]

위 품질확보법에서는 FAME 혼합 경유에 대해 충족해야 할 기준이 마련되어 있으며, 경유 판매업자는 이 기준을 충족하지 않는 것을 자동차 연료용으로 소비자에게 판매해서는 안 된다. (휘발유 등의 품질의 확보 등에 관한 법률 제17조의 7 및 동법 시행규칙 제22조)

경유 생산업자 및 수입업자는 자동차 연료로 판매 또는 소비하려고 할 때는 이 경유 규격에 적합함을 확인해야 한다. (동법 제17조의 8)

참고로, 품질확보법은 탄화수소유를 대상으로 한 규제이므로, 탄화수소 성분을 포함하지 않는 FAME(산소 함유 연료)은 동법의 규제 대상이 되지 않는다. 경유와 혼합되기 이전의 FAME에 대해서는, FAME 및 NEAT FAME 혼합 경유를 제조함에 있어서의 품질 기준으로, 경유와 일정 비율(5%)로 혼합하는 것을 전제로 한 표준화가 임의 규격에 의해 이루어지고 있다. 또한, 품질확보법에 의한 규제는 석유 제품은 소비자가 외관으로 품질의 적부를 판단할 수 없기 때문에 마련된 것이므로, 예를 들어 소비자가 스스로 법에 정해진 기준 이상의 바이오디젤 연료를 경유에 혼합하더라도, 그것은 자기 책임으로 이루어진 것이며, 동법에 의한 규제 대상이 되지 않는다.

9. 한국의 바이오디젤 현황

한국은 신재생에너지 연료 혼합의무화제도(RFS)를 통해 바이오디젤 보급을 확대하고 있다. 2024년 현재 바이오디젤 혼합 의무 비율은 4.0%이며, 2030년까지 5.0%로 상향될 예정이다. 더불어민주당은 기후변화 대응과 농업 활성화를 위해 바이오디젤을 포함한 바이오에너지 산업 육성을 지지하고 있다. 한국은 폐식용유, 팜 부산물 등 다양한 원료를 활용한 바이오디젤 생산 기술 개발에 주력하고 있다.

연도혼합 의무 비율
2024년4.0%
2030년5.0%


10. 관련 연구

해조류 바이오디젤에 대한 연구는 1978년부터 1996년까지 미국 국립재생에너지연구소(U.S. NREL)가 "수생종 프로그램(Aquatic Species Program)"에서 수행한 실험이 대표적이다.[1] 뉴햄프셔 대학교(University of New Hampshire, UNH) 바이오디젤 그룹의 마이클 브리그스(Michael Briggs)는 천연 오일 함량이 50%를 넘는 해조류를 활용하면 모든 차량용 연료를 바이오디젤로 대체할 수 있다는 연구 결과를 발표했다.[171] 그는 해조류를 폐수 처리 시설의 해조류 연못에서 재배할 수 있다고 제안했다.[171] 이러한 해조류는 바이오디젤로 가공하고, 남은 건조물은 에탄올 생산에 활용할 수 있다.

해조류를 이용한 바이오디젤 생산은 아직 상업적 규모는 아니지만, 높은 수율을 얻기 위한 타당성 연구가 진행 중이다. 해조류 배양은 경작지나 담수가 필요하지 않아 식량 생산 감소를 유발하지 않는다는 장점이 있다. 여러 기업들이 바이오디젤 생산을 상업적 수준으로 확대하기 위해 해조류 바이오리액터를 연구하고 있다.[172][173] 또한, 이온성 액체를 사용해 습식 해조류에서 바이오디젤 지질을 간단하고 경제적으로 추출하는 기술도 연구되고 있다.[174]

더 적합한 바이오디젤 원료 작물을 찾고 기름 수확량을 개선하기 위한 연구도 진행 중이다.[165] 특히, 특별히 개량된 겨자 품종은 높은 기름 수확량을 보이며, 곡물과의 윤작에 유용하고, 깻묵은 살충제로 활용 가능하다는 장점이 있다.[166]

NFESC는 산타바바라의 바이오디젤 산업체와 협력하여 미국 해군과 군대를 위한 바이오디젤 기술 개발을 진행하고 있다.[167]

가나에서는 최초로 "분변 슬러지 기반 바이오디젤 플랜트"를 건설하여 인간의 분변을 바이오디젤 원료로 활용하는 연구를 진행하고 있다.[165]

[http://agnux.wordpress.com/tag/ecofasa/ Ecofasa]라는 스페인 회사에서는 도시 쓰레기를 박테리아로 처리하여 지방산을 생산하고, 이를 바이오디젤로 만드는 기술을 개발했다.[168]

이 외에도 유전자 변형 미생물을 이용하여 화학 물질 사용 없이 바이오디젤을 생산하는 연구도 진행 중이다.[169][170]

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