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대체 연료

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목차

1. 개요

대체 연료는 화석 연료를 부분적으로 대체하여 교통 부문의 에너지 공급, 탈탄소화 및 환경 성능 개선에 기여하는 연료 또는 동력원을 의미한다. 유럽 연합, 미국, 캐나다, 중국 등 여러 국가 및 지역에서 대체 연료를 정의하고 있으며, 전기, 수소, 바이오 연료, 천연가스, 액화석유가스(LPG) 등이 포함된다. 바이오 연료, 알코올 연료, 암모니아, 유화 연료, 탄소 중립 연료, 수소, 압축 천연가스(CNG) 등 다양한 종류가 있으며, 원자력 및 방사성 동위원소 열전 발전기도 대체 연료로 사용된다. 대체 연료의 경제성은 국제 유가, 기술 개발, 매장량 등에 따라 달라지며, 석탄, 석유 등 기존 연료의 역사와 함께 다양한 산업 분야에서 사용되어 왔다.

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대체 연료
대체 연료
종류바이오 연료
합성 연료
전기
수소
암모니아
메탄올
액화석유가스
디메틸 에테르
압축 천연 가스
액화 천연 가스
에탄올 연료
정의화석 연료 이외의 자원에서 생산된 연료
관련 용어
대체 에너지원자력
지열 에너지
태양광 발전
풍력 발전
수력 발전
신재생 에너지지열 에너지
태양광 발전
풍력 발전
수력 발전
바이오매스
특징
목적화석 연료의 의존도 감소
주요 목표온실 가스 배출량 감소
에너지 안보 강화
환경 보호
주요 대체 연료
바이오 연료바이오 에탄올
바이오 디젤
바이오 가스
식물성 기름
합성 연료피셔-트롭쉬 공정을 사용한 액체 연료
바이오매스에서 얻은 합성 천연 가스
전기배터리 구동 전기 자동차
하이브리드 자동차
수소연료 전지 차량
수소 내연기관
기타 대체 연료암모니아
메탄올
액화석유가스
디메틸 에테르
압축 천연 가스
액화 천연 가스
주요 용도
운송자동차
트럭
항공기
선박
철도
전력 생산발전소
산업 공정보일러
가열로
화학 공정
가정용난방
조리
관련 정책
국가 정책재생에너지 의무 할당제
연료 효율 기준
세금 감면
보조금
국제 협약파리 협정
추가 정보
참고 자료미국 에너지부 대체 연료 정보
미국 환경 보호청 대체 연료 정보
유럽 대체 연료 관측소
대체 차량 연료의 환경 탈탄소화
참고 도서미래의 정유소

2. 공식적인 정의

석유 제품은 다양한 용도로 사용되며, 각각 대체 가능한 연료가 존재한다. 현재 항공 및 선박 연료는 재생 가능 에너지나 원자력 등의 전기로 대체하기 어렵고, 화학용 나프타도 일부 석탄이나 천연가스 유래 대체재가 있지만, 대체가 어려운 과제가 남아있다.

다음은 석유 제품별 용도와 대체재를 나타낸 표이다.

석유 제품용도대체 연료
LPG가정용 프로판 가스, 라이터, 택시 연료메탄(천연가스·바이오가스), 디메틸에테르
나프타석유화학 원료CTL/GTL·BDF(대체 곤란)
가솔린자동차·소형 항공기용 엔진 연료전기·메탄·알코올·GTL/CTL·H2
제트대형/고속 항공기 엔진 연료CTL/GTL·BDF(대체 곤란)
등유난방·급탕(옛날에는 조명용)전기·메탄·GTL/CTL·목재
경유대형 자동차 연료전기·메탄·알코올·GTL/CTL·BDF·H2
A중유어선 디젤용(면세 경유)알코올·GTL/CTL·BDF(대체 곤란)
분해원료 C중유흑유를 수소화분해하여 백유화오일샌드, 오일셰일
선박용 C중유상선 디젤용메탄·GTL/CTL·원자력·풍력·석탄(대체 곤란)
산업용 C중유산업용·발전용석탄·가스·원자력
아스팔트콘크리트·오일샌드(대체 곤란)
오일합성유·GTL/CTL·식물성 기름(대체 곤란)



연료 발전의 역사는 환경, 가격, 자원량의 변화에 따라 회귀하거나 재검토되는 과정을 거치며 발전해 왔다.

2. 1. 유럽 연합

유럽 연합은 2014년 10월 22일 유럽 의회 및 이사회 지침 2014/94/EU(대체연료 인프라 도입에 관한 지침)를 통해 대체 연료를 정의했다.

이에 따르면 '대체 연료'는 교통 부문의 에너지 공급에서 화석 연료를 적어도 부분적으로 대체하고, 탈탄소화에 기여하며, 교통 부문의 환경 성능을 개선할 가능성이 있는 연료 또는 동력원을 의미한다. 여기에는 다음이 포함된다.

2. 2. 미국

EPA는 수소, 천연가스, 프로판과 같은 기체 연료, 에탄올, 메탄올, 부탄올과 같은 알코올, 식물성 및 폐기물 유래 오일, 그리고 전기를 대체 연료로 정의한다.[6] 이러한 연료는 단일 연료를 연소하는 전용 시스템이나 하이브리드 전기차 또는 유연 연료 자동차와 같이 기존 가솔린이나 경유와 같은 다른 연료와 혼합된 시스템에서 사용될 수 있다.

2. 3. 캐나다

캐나다는 1996년 대체연료법에서 다음과 같은 연료들을 대체 연료로 정의하고 있다.[7]

연료 종류
에탄올
메탄올
프로판 가스
천연가스
수소
전기
(a)~(e) 중 하나 이상의 연료를 50% 이상 함유한 혼합 연료
(a)~(e) 중 하나 이상의 연료를 함유한 혼합 연료 (법의 특정 조항에 해당)


2. 4. 중국

중국은 대체 연료 차량에 대한 기술 지침을 마련하여 주행 거리, 충전 시간, 전력 소비량 등의 기준을 제시하고 있다.[8]

이에 따르면 대체 연료 차량은 100000km 이상의 주행 가능 거리를 확보해야 하며, 완전 충전에는 7시간 미만이 소요되어야 한다. 또한 30분 이내 충전으로 80% 이상의 충전 용량을 확보해야 한다. 순수 전기 자동차는 0.16kWh/km 미만의 전력 소비량을 갖춰야 한다.[8]

3. 바이오 연료

버지니아주 아링턴의 일반 주유소에 설치된 대체 연료 디스펜서. 왼쪽은 B20 바이오디젤, 오른쪽은 E85 에탄올.


바이오연료는 재생 가능한 자원으로 간주된다. 재생에너지는 주로 전력 생산에 사용되지만, 대체 연료 생산에도 어떤 형태의 재생에너지 또는 일정 비율이 사용된다고 종종 추정된다.

더 적합한 바이오연료 작물을 찾고 이러한 작물의 기름 수확량을 개선하기 위한 연구가 진행 중이다. 현재 수확량을 사용하면 화석 연료 사용을 완전히 대체할 만큼 충분한 기름을 생산하려면 막대한 양의 토지와 담수가 필요할 것이다.

석유 제품별 용도와 대체재는 다음과 같다.

석유 제품대체재
LPG (가정용 프로판 가스, 라이터, 택시 연료)메탄(천연가스·바이오가스), 디메틸에테르
나프타 (석유화학 원료)CTL/GTL·BDF (대체 곤란)
가솔린 (자동차·소형 항공기용 엔진 연료)전기·메탄·알코올·GTL/CTL·H2
제트 (대형/고속 항공기 엔진 연료)CTL/GTL·바이오디젤(대체 곤란)
등유 (난방·급탕, 옛날에는 조명용)전기·메탄·GTL/CTL·목재
경유 (대형 자동차 연료)전기·메탄·알코올·GTL/CTL·BDF·H2
A중유 (어선 디젤용, 면세 경유)알코올·GTL/CTL·BDF(대체 곤란)
분해원료 C중유 (수소화분해하여 백유화)오일샌드, 오일셰일
선박용 C중유 (상선 디젤용)메탄·GTL/CTL·원자력·풍력·석탄(대체 곤란)
산업용 C중유 (산업용·발전용)석탄·가스·원자력
아스팔트콘크리트·오일샌드(대체 곤란)
오일합성유·GTL/CTL·식물성 기름(대체 곤란)



현재 항공·선박 연료는 재생 가능 에너지나 원자력 등의 전기로는 대응할 수 없으며, 화학용 나프타도 일부에는 석탄이나 천연가스 유래의 대체재가 있지만, 대체가 어려워 과제가 되고 있다.

3. 1. 바이오매스

에너지 생산 산업에서 바이오매스(Biomass)는 연료 또는 산업 생산에 사용될 수 있는 살아있는 생물체 및 최근에 죽은 생물학적 물질을 의미한다. 바이오매스는 대부분 식량이나 사료로 사용되지 않는 식물 또는 식물 기반 물질을 지칭하며, 특히 니트로셀룰로스 바이오매스라고 불린다. 에너지원으로서 바이오매스는 연소를 통해 직접 열을 생산하거나, 다양한 형태의 바이오연료로 전환한 후 간접적으로 사용될 수 있다.

3. 2. 조류 연료

조류 기반 바이오 연료는 높은 생산성과 폐기물 감소 가능성을 가지고 있어, 미디어에서는 원유 기반 운송 문제에 대한 잠재적인 특효약으로 홍보되어 왔다. 조류는 에이커당 연간 2000gal 이상의 연료를 생산할 수 있다.[9] 조류 기반 연료는 미국 해군에서 성공적으로 시험되고 있다.[10] 조류 기반 플라스틱은 폐기물 감소 가능성을 보여주고 있으며, 조류 플라스틱의 파운드당 가격은 기존 플라스틱 가격보다 저렴할 것으로 예상된다.[11]

3. 3. 바이오디젤

2008년 3월, 텍사스주 오스틴의 사우스 바이 사우스웨스트 페스티벌에서 식물성 기름을 연료로 사용하는 버스


바이오디젤은 동물성 지방이나 식물성 기름으로 만들어지는데, 이는 쇠비름, 콩, 해바라기, 옥수수, 올리브, 땅콩, 야자, 코코넛, 홍화, 카놀라, 참깨, 면실 등 식물에서 얻는 재생 가능한 자원이다. 이러한 지방이나 기름에서 탄화수소를 걸러낸 다음 메탄올과 같은 알코올과 결합시키면 화학 반응을 통해 바이오디젤이 생성된다. 이러한 원료는 순수 디젤과 혼합하여 다양한 비율로 만들거나 단독으로 사용할 수 있다. 혼합 비율에 관계없이 바이오디젤은 기존 디젤보다 오염 물질(일산화탄소, 미세먼지, 탄화수소) 배출량이 적다. 바이오디젤은 깨끗하고 효율적으로 연소되기 때문이다. 초저황 디젤(ULSD) 발명으로 일반 디젤의 황 함량이 줄었지만, 바이오디젤은 황이 없으므로 그 수준을 훨씬 웃돈다.[12]

4. 알코올 연료

메탄올, 에탄올, 부탄올과 같은 알코올 연료는 내연 기관에서 대체 연료로 사용될 수 있다.[13] 부탄올은 기존 석유 제품 파이프라인을 통해 운반할 수 있는 유일한 알코올 기반 자동차 연료라는 장점이 있다.[13]

다음은 석유 제품별 용도와 대체재를 나타낸 표이다.

석유 제품용도대체재
LPG가정용 프로판 가스, 라이터, 택시 연료메탄(천연가스·바이오가스), 디메틸에테르
나프타석유화학 원료CTL/GTL·BDF(대체 곤란)
가솔린자동차·소형 항공기용 엔진 연료전기·메탄·알코올·GTL/CTL·H2
제트대형/고속 항공기 엔진 연료CTL/GTL·영(대체 곤란)
등유난방·급탕(옛날에는 조명용)전기·메탄·GTL/CTL·목재
경유대형 자동차 연료전기·메탄·알코올·GTL/CTL·BDF·H2
A중유어선 디젤용(면세 경유)알코올·GTL/CTL·BDF(대체 곤란)
분해원료 C중유흑유를 수소화분해하여 백유화오일샌드, 오일셰일
선박용 C중유상선 디젤용메탄·GTL/CTL·원자력·풍력·석탄(대체 곤란)
산업용 C중유산업용·발전용석탄·가스·원자력
아스팔트콘크리트·오일샌드(대체 곤란)
오일합성유·GTL/CTL·식물성 기름(대체 곤란)


5. 암모니아

암모니아(ammonia영어, NH3)는 연료로 사용될 수 있다.[14][15] 선박에 암모니아를 사용하면 온실가스 배출을 줄일 수 있다.[16] 암모니아를 질소 가스와 수소 가스로 전환하는 연구를 통해 질소 환원이 연료 전지 및 내연 기관의 가능한 구성 요소로 고려되고 있다.[17]

암모니아는 액체 형태로 수소를 운반하는 가장 간단한 분자이며, 탄소가 없고 재생 가능 에너지를 사용하여 생산될 수 있다. 암모니아는 상대적으로 저장과 유통이 용이하기 때문에 곧 전환 연료가 될 수 있다.[18]

6. 유화 연료

유화 연료는 물과 기름, 그리고 여러 성분을 혼합하여 만든 연료로, 연료의 연소 특성을 개선하기 위해 사용된다.[19] 물과 경유를 섞어 유화 연료로 사용할 수도 있다.[20] 이는 엔진 효율을 높이고 배기가스 배출을 줄이는 데 도움이 된다.[21]

7. 탄소 중립 및 탄소 네거티브 연료

탄소 중립 연료는 재생에너지나 원자력을 이용하여 폐기물 이산화탄소를 수소화하여 생산되는 합성연료이다. 이산화탄소는 화석연료 연소 배기가스나 해수의 탄산에서 얻을 수 있다.[22][23][24][25] 이러한 연료는 대기 중 온실가스 증가에 영향을 주지 않아 탄소 중립적이다.[26][27]

탄소 중립 연료가 화석 연료를 대체하거나, 폐기물 탄소 또는 해수의 탄산에서 생산되고, 연소 과정에서 탄소 포집이 이루어진다면, 음의 이산화탄소 배출량을 달성하여 온실가스 저감에 기여할 수 있다.[28][29][30] 이러한 탄소 중립 및 음의 연료는 물의 전기분해로 생성된 수소를 사바티에 반응을 통해 메탄으로 만들거나, 피셔-트롭슈 공정과 같은 가스 투 리퀴드 공정을 거쳐 운송이나 난방용 연료로 사용될 수 있다.[31][32][33]

연료 합성에 사용되는 탄소의 가장 저렴한 공급원은 화석연료 연소 배기가스이며, 톤당 약 7.5USD에 추출할 수 있다.[24][27][44] 해수에서 탄소를 추출하는 연구도 진행 중인데, 톤당 약 50USD의 비용이 소요될 것으로 예상된다.[43][44][25] 반면, 대기 중 탄소 포집은 톤당 600USD~1000USD로 비용이 높아 연료 합성에는 비현실적이다.[27][28]

야간 풍력은 연료 합성에 가장 경제적인 전력원으로 간주된다. 야간 풍력 발전 가격은 다른 시간대에 비해 저렴한 경향이 있기 때문이다. 2009년 미국 일부 지역의 야간 풍력 가격은 평균 kWh당 1.64USD였고, 가장 저렴한 시간대에는 kWh당 0.71USD였다.[31] 상업용 연료 합성 회사들은 원유 가격이 배럴당 55USD를 넘으면 석유 연료보다 저렴하게 연료를 생산할 수 있다고 한다.[46]

미국 해군은 원자력을 이용해 항공 연료를 함상에서 생산하는 데 갤런당 약 6USD가 들 것으로 추산했다. 이는 2010년 석유 연료 가격의 약 두 배였지만, 가격 추세가 지속되면 5년 안에 시장 가격보다 저렴해질 수 있다. 함상 연료 공급 비용은 갤런당 약 8USD로, 이미 함상 생산이 더 저렴하다.[47] 해군 추산에 따르면 100메가와트로 하루 41,000갤런의 연료를 생산할 수 있어, 풍력으로 육상 생산하면 갤런당 1USD 미만이 될 것이다.[49] 하지만, 미국 민간 원자력은 풍력보다 비싸다.[48]

7. 1. 녹색 경제와의 연관성

탄소중립 연료는 탄소 배출권 거래, 탄소세, 지속 가능한 개발 등 녹색 경제 개념과 관련이 있다.[26][27] 이러한 재생 연료는 차량의 전기화나 수소 또는 기타 연료로의 전환 없이 수입 화석 연료에 대한 비용 및 의존성 문제를 완화하고, 기존의 호환 가능하고 저렴한 차량을 계속 사용할 수 있게 해준다.[31]

탄소중립 연료는 간헐적인 풍력 및 태양광 에너지의 저장, 수송 문제를 해결하기 위한 대안으로 제시되었다.[31] 독일은 250킬로와트급 합성 메탄 플랜트를 건설하여 10메가와트급으로 확장하고 있다.[34][35][36] 아우디는 독일 베를테에 탄소중립 액화천연가스(LNG) 플랜트를 건설했다.[37] 이 플랜트는 A3 Sportback g-tron 자동차에 사용되는 LNG를 상쇄하기 위한 운송 연료를 생산하도록 설계되었으며, 초기 생산량으로 연간 2,800톤의 CO2를 환경으로부터 제거할 수 있다.[38] 기타 상업적 개발은 미국 사우스캐롤라이나주 컬럼비아,[39] 미국 캘리포니아주 카마릴로,[40] 및 영국 달링턴[41]에서 진행되고 있다.

8. 수소 및 개미산

수소는 무배출 연료이다. 수소 연소의 부산물은 물이지만, 수소가 공기와 함께 연소될 때 일부 일산화질소 (NOx)가 생성된다.[50][51]

또 다른 연료는 개미산이다. 이 연료는 먼저 수소로 전환한 다음 연료 전지에서 사용된다. 개미산은 수소보다 훨씬 저장이 용이하다.[52][53]

9. 수소/압축 천연가스 혼합물

수소 압축천연가스 혼합물(HCNG 또는 H2CNG)은 에너지 기준으로 압축천연가스와 4~9%의 수소를 혼합한 것이다.[54] 수소는 옥시수소 가스로도 사용될 수 있으며, 이는 압축착화 엔진의 연소 특성을 개선한다.[55] 옥시수소 가스는 물의 전기분해를 통해 얻는다.[56]

10. 압축 천연가스

압축천연가스(CNG)는 천연가스를 압축하여 만든 연료이다. CNG는 재생 가능한 CNG와 비재생 가능한 CNG로 구분된다. 액화천연가스(LNG)와 함께 기존의 자동차 연료(가솔린, 경유)보다 깨끗하게 연소되는 대체 연료로 주목받고 있다.[64]

10. 1. 환경 분석

압축천연가스(CNG)와 액화천연가스(LNG)는 기존 액체 자동차 연료에 비해 더욱 청정한 연소 대체 연료이다. 천연가스는 연소 시 다른 화석연료보다 스모그를 유발하는 오염 물질을 적게 배출하기 때문에 천연가스 차량으로 전환한 도시 지역에서는 대기 질 개선이 측정되었다.[64] 배기가스의 이산화탄소(CO₂)는 가솔린, 디젤에 비해 15~25% 줄일 수 있으며,[65] 가장 큰 감소는 중대형, 경량 및 쓰레기 수거 트럭 부문에서 발생한다.[65]

바이오가스를 사용하면 이산화탄소(CO₂) 배출량을 최대 88%까지 줄일 수 있다.[66]

11. 원자력 및 방사성 동위원소 열전 발전기

원자력은 핵분열을 통해 에너지를 추출하는 기술이다. 원자력 발전은 원자로를 통해 물을 가열하고, 여기서 발생한 증기로 전기를 생산하거나 선박을 추진하는데 사용된다. 현재 전 세계 전력의 15% 이상이 원자력에서 생산되며, 150척 이상의 원자력 추진 군함이 건조되었다.[68]

최근에는 토륨 기반 원자력 발전이 활발히 연구되고 있다. 토륨은 우라늄보다 자연에 더 풍부하고 채굴이 용이하며, 핵확산 위험이 적고 방사성 폐기물 관리 측면에서 유리하다는 장점이 있다.[71][72]

방사성 동위원소는 육지와 우주에서 대체 연료로 사용되어 왔는데, 특히 우주 탐사선에서 열과 전기를 생성하는 데 사용된다. 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)는 핵 연쇄 반응 없이 방사성 동위원소의 붕괴로부터 전기를 생산한다.[74]

11. 1. 원자로

원자력은 일반적으로 물과 같은 작동 유체를 가열하는 원자로를 필요로 하며, 이를 통해 생성된 증기압으로 기계적 일을 만들어 전기 생산이나 수상 추진에 사용한다.[68] 현재 전 세계 전력의 15% 이상이 원자력에서 생산되고 있으며, 150척 이상의 원자력 추진 군함이 건조되었다.

11. 2. 토륨 연료 원자로

토륨 기반 원자력 발전소는 최근 몇 년 동안 활발한 연구 분야가 되었다. 많은 과학자와 연구원들의 지지를 받고 있으며, NASA 고다드 우주연구소(Goddard Institute for Space Studies)의 전 소장인 제임스 핸슨(James Hansen) 교수는 "40년 이상 기후 변화를 연구한 결과, 화석 연료를 대체할 적절한 에너지원을 개발하지 않는 한 세계는 기후 재앙으로 향하고 있다는 것이 분명해졌습니다. 더 안전하고 깨끗하며 저렴한 원자력 에너지는 석탄을 대체할 수 있으며, 해결책의 필수적인 부분으로 절실히 필요합니다"라고 말했다고 한다.[69] 토륨은 우라늄보다 자연계에 3~4배 더 풍부하며, 그 광석인 모나자이트는 물가의 모래에서 흔히 발견된다. 토륨은 우라늄보다 획득이 더 쉬울 수 있다는 점에서도 관심을 받고 있는데, 우라늄 광산은 지하에 있으며 광부들에게 매우 위험한 반면, 토륨은 노천 채굴 방식으로 채취되기 때문이다.[70][71] 오스트레일리아, 미국, 인도 등의 국가에는 지구를 수천 년 동안 에너지로 공급할 수 있을 만큼 충분한 양의 모나자이트가 존재한다.[72] 우라늄 연료 원자로의 대안으로서 토륨은 핵확산에 기여하고, 테크네튬-99(반감기 20만 년 이상)와 같이 심부 지질 저장소[73]에 보관해야 하는 방사성 폐기물을 생성하며, 연료 주기가 더 길다는 것이 입증되었다.[71]

11. 3. 방사성 동위원소 열전 발전기

방사성 동위원소는 육지와 우주 모두에서 대체 연료로 사용되어 왔다. 방사성 동위원소 도난 및 환경 피해의 위험 때문에 육지에서의 사용은 감소하고 있다. 방사성 동위원소의 붕괴는 많은 우주 탐사선, 특히 태양광이 약하고 저온이 문제가 되는 외행성 탐사선에서 열과 전기를 모두 생성한다. 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)는 핵 연쇄 반응을 지속하지 않고 방사성 동위원소의 붕괴로부터 전기를 생산한다.[74]

12. 석유 제품별 대체 연료 (일본의 경우)

일본은 석유 제품별 용도와 대체재를 제시하고 있다. 현재 항공·선박 연료는 재생 가능 에너지나 원자력 등의 전기로는 대응할 수 없으며, 화학용 나프타도 일부에는 석탄이나 천연가스 유래의 대체재가 있지만, 대체가 어려워 과제가 되고 있다.

석유 제품용도대체 연료
LPG가정용 프로판 가스, 라이터, 택시 연료메탄(천연가스·바이오가스), 디메틸에테르
나프타석유화학 원료CTL/GTL, BDF (대체 곤란)
가솔린자동차·소형 항공기용 엔진 연료전기, 메탄, 알코올, GTL/CTL, H2
제트대형/고속 항공기 엔진 연료CTL/GTL, 영 (대체 곤란)
등유난방·급탕 (옛날에는 조명용)전기, 메탄, GTL/CTL, 목재
경유대형 자동차 연료전기, 메탄, 알코올, GTL/CTL, BDF, H2
A중유어선 디젤용 (면세 경유)알코올, GTL/CTL, BDF (대체 곤란)
분해원료 C중유흑유를 수소화분해하여 백유화오일샌드, 오일셰일
선박용 C중유상선 디젤용메탄, GTL/CTL, 원자력, 풍력, 석탄 (대체 곤란)
산업용 C중유산업용·발전용석탄, 가스, 원자력
아스팔트콘크리트, 오일샌드 (대체 곤란)
오일합성유, GTL/CTL, 식물성 기름 (대체 곤란)


13. 경제성

2008년 기준으로, 중동의 석유 가격이 배럴당 100달러를 넘어서고, 곧 배럴당 200달러 시대가 도래할 것이라는 예측이 나오면서, 이전에는 주목받지 못했던 다양한 대체 연료들이 검토되거나 시행되기 시작했다.

연료의 역사는 일반적으로 생각하는 것처럼 일방통행으로 발전해 온 것이 아니라, 환경, 가격, 자원량 등의 변화에 따라 때때로 과거의 연료가 다시 사용되기도 하고, 예전에 잠시 쇠퇴했던 것이 다시 검토되면서 발전해 왔다.


  • 가장 오래전에는 나무가 주요 연료였지만, 넓은 지역을 돌아다니며 채취해야 했고, 자원량도 충분하지 않았다.
  • 산업혁명 무렵부터는 채취를 위한 이동이 필요 없고, 열량이 높은 석탄이 대규모로 사용되기 시작했다.
  • 19세기 후반부터는 석유를 정제한 등유가 고래 기름을 대체하는 조명 연료로 사용되기 시작했지만, 처음에는 가솔린과 중유는 버려졌다.
  • 제2차 세계 대전 당시, 영국의 해상 봉쇄를 예상한 독일은 석탄 액화 기술을 개발하여 석탄으로부터 대체 석유를 합성해 군용 연료를 자급했다.
  • 1950년대까지는 각국에서 석탄이 석유보다 저렴했기 때문에 증기기관차와 석탄 연소 증기선이 사용되었고, 발전 연료도 석탄이 주력이었다. 석유는 주로 교통 기관 연료로 사용되었다.
  • 1960년경, 중동의 대규모 유전 개발이 진행되면서 석유 가격은 1배럴당 10달러에서 2달러까지 하락했다.
  • 1974년에 제1차 석유파동이 발생하여 석유 가격은 1배럴당 12달러로 급등했고, 1979년 제2차 석유파동으로 석유 가격은 한때 1배럴당 50달러를 넘었다.
  • 이란-이라크 전쟁이 끝나자 아랍 국가들은 대체 연료의 발전을 억제하기 위해 석탄 액화의 한계점인 1배럴당 30~50달러보다 낮은 가격으로 석유를 판매했다.
  • 2000년대 중국, 인도의 경제 성장으로 제3차 석유파동이 발생하여 석유 가격은 1배럴당 170달러까지 상승하여 여러 혼란을 초래했다.


이러한 석유 가격 변동의 역사 속에서 바이오 에탄올, 미국의 미개발 석유, 러시아 시베리아의 석유, 가스 하이드레이트, 오일샌드, 태양전지 등이 대체 연료로 주목받기 시작했다.

13. 1. 바이오 에탄올

2007년 6월 26일 에너지경제연구원이 발간한 '수송용 바이오 에탄올 도입의 경제성' 보고서에 따르면, 에탄올은 휘발유에 비해 열량이 65%, 연비는 70% 수준이다. 이 보고서는 수송용 연료로서 바이오 에탄올의 경제성을 확보하려면 국제 유가가 배럴당 50USD 이상일 경우 브라질 등으로부터 kL당 300USD 이하로 공급받을 수 있어야 한다고 진단했다. 또한 국제 유가가 배럴당 60USD와 70USD 선에서는 바이오 에탄올의 도입 가격이 각각 kL당 350USD, 400USD를 넘지 않아야 의미가 있다고 분석했다.[75]

13. 2. 미국의 석유

미국에는 미개발 석유 매장량이 약 750억 배럴에 달하고 있으며, 이 중 21%가 미국 연안에 산재해 있다. 연안 석유 부존량은 미국의 10년간 소비량에 해당한다. 미국의 연간 석유 소비량은 전 세계 연간 소비량의 50% 정도이다. 미국은 환경 보호를 위해 석유 시추를 억제해 왔지만, 석유수출국기구(OPEC) 소속 산유국의 생산비에 비해 경쟁력이 떨어져 시추 시도조차 하지 못했다. 최소한 국제 유가가 배럴당 50달러를 넘어야 미국 내 석유 생산에 경제성이 있기 때문이다.[76]

13. 3. 러시아의 석유

러시아 시베리아에는 석유가 많지만, 채굴 비용이 많이 들어 중동 석유에 비해 경제성이 낮다고 하여 그동안 시추되지 않았다. 그러나, 2008년 고유가 시기에 러시아는 전 세계 원유 생산국 1위가 되었다.

13. 4. 가스 하이드레이트

이 분야의 최고 선진국은 일본이다. 해저 탐사 기술은 러시아가 선두지만, 자본 투입 능력에선 일본에 뒤진다. 일본은 동해쪽 해저를 포함해 이미 100년간 사용할 메탄 하이드레이트를 발견해 놓았으며, 2016년 상용화를 목표로 개발에 총력을 기울이고 있다.[77] 일본 경제산업성은 2007년 1월 보고를 통해, 메탄 하이드레이트에서 추출한 가스 가격이 배럴당 54∼77달러에 이를 것으로 추정했다.[77] 이는 독도의 영유권 분쟁과 크게 연관되어 있는데, 독도 주변 해저에서 메탄 하이드레이트가 대량 발견되고 있기 때문이다.[77] 2005년 6월 한국 정부 개발사업단이 울릉도 남쪽 100km 지점 해저에서 6억t가량(한국 천연가스 소비량 30년치)을 발견한 것이 단적인 사례다.[77]

1m³의 메탄 하이드레이트를 분해하면 172m³의 메탄가스를 얻을 수 있을 만큼 에너지 효율이 아주 높다.[77] 게다가 연소 시 휘발유나 천연가스에 비해 이산화탄소를 절반 이하로 배출하며, 매장량도 풍부해 차세대 에너지로 개발될 가능성이 아주 높다.[77] 19세기가 석탄, 20세기가 석유의 시대라면 '''21세기는 메탄 하이드레이트의 시대'''라는 예측도 나오고 있다.[77]

13. 5. 오일샌드

2008년 기준으로, 중동의 석유 가격이 배럴당 100달러를 넘어서고, 곧 배럴당 200달러 시대가 도래할 것이라는 예측이 나오면서, 이전에는 주목받지 못했던 다양한 방안들이 검토되거나 시행되기 시작했다.

오일샌드는 중질(重質) 원유를 함유하는 모래나 사암을 말한다. 오일샌드는 채굴 비용이 높아 경제성 문제로 사용되지 않았으나, 유가 상승으로 인해 배럴당 25달러 수준의 채굴 비용으로도 경제성을 확보하게 되면서 주목받고 있다.[78] 월스트리트저널은 최근 캐나다 앨버타 주에 국제적인 에너지 투자가 몰리는 현상을 19세기 '골드러시'에 비유하기도 했다. 앨버타 주를 중심으로 다량의 오일샌드를 보유한 캐나다는 오일샌드를 제외하면 석유 매장량 순위가 22위에 불과하지만, 오일샌드를 포함하면 이란, 이라크, 쿠웨이트보다 앞선 세계 3위의 석유 대국이 된다.[78]

13. 6. 태양전지

태양광 발전은 기술 개발과 유가 상승으로 경제성이 높아지고 있다. 여러 연구기관에서는 태양광 발전이 화석연료 수준의 경제성을 갖추려면 한국의 경우 2020년은 돼야 할 것으로 예측해 왔다.[80] 하지만 유가 폭등으로 경제성을 갖추는 시기가 앞당겨지는 추세다.[80]

2008년 7월, 대한민국 최대의 태양광 발전소인 LG 태안 태양광 발전소가 가동을 시작했다. 발전효율이 17%인, 14MW급 발전소이다. 북미 최대의 태양광 발전소인 미국 네바다주 넬리스 공군기지 (Nellis Air Force Base)의 태양광 발전소 용량과 동일하다.

14. 산업, 수송, 발전 연료의 역사 (일본의 경우)

일본에서는 제2차 세계 대전 시기에 독일의 석탄 액화 기술을 도입하려 했으나 실패하고, 석유 부족으로 인해 트롤리버스와 목탄 버스를 운행해야 했다. 1950년대까지는 석탄이 석유보다 저렴하여 발전 연료로도 주로 사용되었고, 일본의 석탄 생산량은 한때 5000만 톤을 넘었다.

1960년대에 중동 대유전 개발로 석유 가격이 하락하면서, 일본은 석탄 매장량을 남겨둔 채 국내 탄광을 폐광하고 석유화학 공업을 육성했다. 1970년대 두 차례의 석유파동으로 석유 가격이 급등하자, 일본은 독일식 석탄 액화(인조 석유 합성)를 재연구하고, 산업 및 발전 연료를 중유에서 석탄으로 전환했다. 그러나 이미 탄광을 폐광했기 때문에 원자력 발전소를 활발하게 건설하고, 엔고로 인해 해외 탄과 LNG를 발전 연료의 중심으로 삼았다.

2000년대에는 중국과 인도의 경제 성장으로 제3차 석유파동이 발생하고, 이산화탄소(CO₂) 문제도 중요해지면서, 일본에서는 과거에 버려졌던 대체 연료들이 다시 주목받기 시작했다. NaS 전지를 부착한 대구경 풍력 발전기, 리튬-공기 전지 자동차, 하이브리드 트롤리버스, 목질 펠릿 연료 난로 등이 연구 및 실용화되었다.

참조

[1] 서적 The refinery of the future https://www.worldcat[...] William Andrew 2011
[2] 웹사이트 Alternative Fuels http://www.fuelecono[...] 2023-03-31
[3] 웹사이트 Alternative Fuels https://www.epa.gov/[...] 2023-02-12
[4] 웹사이트 Alternative fuels European Alternative Fuels Observatory https://alternative-[...] 2023-03-31
[5] 논문 Alternative vehicular fuels for environmental decarbonization: A critical review of challenges in using electricity, hydrogen, and biofuels as a sustainable vehicular fuel 2023
[6] 웹사이트 Alternative Fuels https://www.epa.gov/[...] 2015-07-15
[7] 웹사이트 Consolidated federal laws of canada, Alternative Fuels Regulations https://laws-lois.ju[...] 2006-03-22
[8] 웹사이트 China announces guidelines for alternative-fuel vehicles https://www.fuelsand[...]
[9] 웹사이트 Is Algae Based Biofuel a Great Green Investment Opportunity http://greenworldinv[...] Green World Investor 2010-04-06
[10] 웹사이트 Navy demonstrates alternative fuel in riverine vessel http://www.marinelog[...] Marine Log 2010-10-22
[11] 웹사이트 Can algae-based plastics reduce our plastic footprint? http://www.smartplan[...] Smart Planet 2009-10-07
[12] 서적 Alternative Cars https://archive.org/[...] ABDO 2008
[13] 웹사이트 PHMSA: Stakeholder Communications – Product List https://primis.phmsa[...]
[14] 웹사이트 Ammonia as a transportation fuel http://www.agmrc.org[...] AgMRC Renewable Energy Newsletter 2009-05
[15] 웹사이트 NH3 Fuel Association http://nh3fuelassoci[...] 2011-12-02
[16] 논문 Science and technology of ammonia combustion 2019-01-01
[17] 논문 Ammonia as a green fuel and hydrogen source for vehicular applications 2009-05-01
[18] 논문 Versatile level sensor for marine alternative fuels and cargo https://www.research[...] 2022-10
[19] 간행물 Introduction and Overview https://www.ncbi.nlm[...] National Academies Press (US) 2001
[20] 논문 A comprehensive review on water-emulsified diesel fuel: chemistry, engine performance and exhaust emissions 2019-02
[21] 논문 Effects of process parameters on performance and emissions of a water-emulsified diesel-fueled compression ignition engine 2019-09-22
[22] 논문 Carbon neutral hydrocarbons 2008-11-13
[23] 논문 Recent advances in catalytic hydrogenation of carbon dioxide 2011
[24] 논문 An overview of CO2 capture technologies http://opus.bath.ac.[...] 2010
[25] 논문 CO2 extraction from seawater using bipolar membrane electrodialysis 2012
[26] 논문 Sustainable hydrocarbon fuels by recycling CO 2 and H 2 O with renewable or nuclear energy 2011-01
[27] peer reviewed literature review Direct Air Capture of CO2 with Chemicals: A Technology Assessment for the APS Panel on Public Affairs http://www.aps.org/p[...] American Physical Society 2011-06-01
[28] 논문 Air as the renewable carbon source of the future: an overview of CO2 capture from the atmosphere 2012
[29] 논문 Economic and energetic analysis of capturing CO2 from ambient air 2011-12-20
[30] 논문 The urgency of the development of CO2 capture from ambient air 2012-08-14
[31] 논문 Energy Storage via Carbon-Neutral Fuels Made From CO2, Water, and Renewable Energy 2012-02
[32] 논문 Separation of CO2 from flue gas using electrochemical cells 2010-06
[33] 논문 Co-electrolysis of CO2 and H2O in solid oxide cells: Performance and durability 2011-06
[34] 웹사이트 Storing green electricity as natural gas http://www.fraunhofe[...] fraunhofer.de 2010-05-05
[35] 웹사이트 Verbundprojekt 'Power-to-Gas' http://www.zsw-bw.de[...] zsw-bw.de 2011
[36] 웹사이트 Bundesumweltminister Altmaier und Ministerpräsident Kretschmann zeigen sich beeindruckt von Power-to-Gas-Anlage des ZSW http://www.zsw-bw.de[...] zsw-bw.de 2012-07-24
[37] 뉴스 Audi's Carbon Neutral E-Gas Is Real And They're Actually Making It http://jalopnik.com/[...] 2012-06-26
[38] 뉴스 Audi's New E-Gas Plant Will Make Carbon-Neutral Fuel http://www.popularme[...] 2013-06-25
[39] 웹사이트 Doty Windfuels http://windfuels.com[...] Windfuels.com
[40] 웹사이트 CoolPlanet Energy Systems http://www.coolplane[...]
[41] 웹사이트 Air Fuel Synthesis, Ltd http://airfuelsynthe[...] Airfuelsynthesis.com 2023-08-18
[42] 논문 Carbon neutral gasoline re-synthesised from on-board sequestrated CO2 2011
[43] memorandum report Extraction of Carbon Dioxide from Seawater by an Electrochemical Acidification Cell. Part 1 – Initial Feasibility Studies http://www.dtic.mil/[...] Chemistry Division, Navy Technology Center for Safety and Survivability, U.S. Naval Research Laboratory 2010-07-23
[44] memorandum report Extraction of Carbon Dioxide from Seawater by an Electrochemical Acidification Cell. Part 2 – Laboratory Scaling Studies http://www.dtic.mil/[...] Chemistry Division, Navy Technology Center for Safety and Survivability, U.S. Naval Research Laboratory 2011-04-11
[45] 웹사이트 Bloomberg Energy Prices http://bloomberg.com[...]
[46] 학회발표 Sustainable Transportation Fuels From Off-peak Wind Energy, CO2 and Water http://dotyenergy.co[...] American Society of Mechanical Engineers 2010
[47] memorandum report Feasibility and Current Estimated Capital Costs of Producing Jet Fuel at Sea http://www.dtic.mil/[...] Chemistry Division, Navy Technology Center for Safety and Survivability, U.S. Naval Research Laboratory 2010-09-29
[48] 서적 Contesting the Future of Nuclear Power World Scientific 2011
[49] 학회발표 Energy After Oil http://ceramics.org/[...] American Ceramic Society 2012
[50] 웹사이트 Module 3: Hydrogen use in internal combustion engines http://www1.eere.ene[...] Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) 2001-12
[51] 웹사이트 Fuel or Fool? http://alternativefu[...] about.com
[52] 웹사이트 Team FAST http://www.teamfast.[...] Teamfast.nl
[53] 웹사이트 Team FAST's formic acid car https://www.tue.nl/e[...]
[54] 웹사이트 Hydrogen/Natural Gas (HCNG) Fuel Blends http://www.eere.ener[...] Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) 2009-10-07
[55] 논문 Characterization of the hydroxy fueled compression ignition engine under dual fuel mode: Experimental and numerical simulation 2020-03
[56] 논문 Energy, exergy, and emission analysis of a hydroxyl fueled compression ignition engine under dual fuel mode 2020-04
[57] 웹사이트 Drive Clean – Propane http://www.driveclea[...]
[58] 웹사이트 Alternative Fuels Data Center: Propane Vehicles http://www.afdc.ener[...]
[59] 웹사이트 Direct Injection Liquid Propane http://wlpga.org/glo[...]
[60] 논문 Optimization of the distribution of compressed natural gas (CNG) refueling stations: Swiss case studies 2007
[61] 웹사이트 Study of Opportunities for natural gas in the transportation sector http://www.cngva.org[...] Natural Resources Canada 2010-03
[62] 서적 Alternative Cars https://archive.org/[...] ABDO 2008
[63] 논문 Association of Taxicab Operators, USA v. City of Dallas: Possible green light ahead for "head-of-line" policies favoring natural gas vehicles http://lawreview.ver[...] Vermont Law Review 2012
[64] 논문 Present scenario of air quality in Delhi: a case study of CNG implementation 2003-12
[65] 논문 An experimental investigation of CNG as an alternative fuel for a retrofitted gasoline vehicle 2006-03
[66] 논문 Exhaust emissions from natural gas vehicles 2000
[67] 논문 Comparative evaluation of performance, emission, lubricant and deposit characteristics of spark ignition engine fueled with CNG and 18% hydrogen-CNG 2012-04
[68] 웹사이트 Fusion research worldwide https://www.ipp.mpg.[...]
[69] 웹사이트 Why should you not buy a car? – the Weinberg Foundation http://www.the-weinb[...]
[70] 웹사이트 Thorium Power is the Safer Future of Nuclear Energy http://blogs.discove[...] 2015-01-16
[71] 웹사이트 Thorium fuel cycle — Potential benefits and challenges http://www-pub.iaea.[...] 2014-10-27
[72] 논문 High Efficiency Nuclear Power Plants Using Liquid Fluoride Thorium Reactor Technology https://ntrs.nasa.go[...] 2014-10-27
[73] 웹사이트 Thorium fuel No panacea for nuclear power http://ieer.org/wp/w[...] 2023-08-22
[74] 웹사이트 Nuclear Powered Space Missions – Past and Future http://www.space4pea[...] Space4peace.org 2013-02-19
[75] 뉴스 국제유가 50弗 미만이면 바이오에탄올 경제성 없다 http://news.naver.co[...] 한국경제신문 2007-06-26
[76] 뉴스 잠자는 석유 깨우자 http://www.sisapress[...] 시사저널 2008-07-08
[77] 뉴스 석유 대체할 노다지"…메탄 하이드레이트 선점 경쟁 http://news.naver.co[...] 세계일보 2008-06-24
[78] 뉴스 <기획탐구> 대체에너지 어디까지 왔나 http://news.naver.co[...] 연합뉴스 2006-07-05
[79] 뉴스 Cover Story 석유 대체할 에너지는? http://news.naver.co[...] 한국경제신문 2008-05-17
[80] 뉴스 고유가시대 태양광산업 '활활'…청정에너지로 각광 http://news.naver.co[...] 세계일보 2008-06-02
[81] 뉴스 고유가, 태양이 희망이다…미국의 에너지 실험 http://news.naver.co[...] SBS 2008-07-03


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