국제적으로 합의된 바이오연료에 대한 정의는 없으나, 일반적으로 바이오매스를 원료로 제조하여 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 연료를 바이오연료라 하며, 석유제품과 화학적으로 유사한 특성을 가지고 있어, 기존 내연기관 및 인프라의 구조변경 없이 사용 가능한 대체 연료로 분류되고 있습니다. 본 장에서는 기존 디젤 엔진 및 이중연료 엔진의 파일럿 연료로 사용할 수 있는 바이오 연료에 대해 설명하겠습니다.
전통적인 화석연료 대비 상대적으로 탄소 함유량이 낮기 때문에 저탄소 연료이며, 대기 중 이산화탄소를 흡수한 바이오매스를 사용해 탄소 중립연료로 분류되어, 전 산업계에서 사용이 확대되고 있습니다. 운용 관점에서 다른 대체연료에 비해 보관 및 사용이 용이한 장점이 있지만, 바이오연료의 종류에 따라 보관 조건 및 기간이 상이할 수 있는 점을 주의해야 합니다.
해운분야에서도 바이오연료의 적용에 대한 다수의 실증이 이뤄지고 있으며, 기존 화석연료에 혼합하여 사용하거나 혹은 기존 연료를 완전히 대체하여 해상 실증이 진행되고 있습니다. 선박에서도 주 추진 또는 발전용으로 사용되고 있는 내연기관을 크게 수정하거나 변경할 필요 없이 즉시 사용할 수 있는 ‘drop-in’연료로 주목 받고 있습니다. 충분한 양이 공급 가능하다면, 주 연료뿐만 아니라 이중 연료 엔진의 파일럿 연료로서 활용할 수 있기 때문에 선박에서의 완전한 탄소 중립성을 보장할 수도 있습니다.
향후, 지속적으로 바이오연료를 선박 연료로 사용하기 위해서는 지속사용 가능성, 가격 경쟁성, 공급 안정화 등이 고려되어야 하며, 대기오염원 및 GHG 규제 이행 측면 또한 고려하여야 합니다.
바이오연료는 주로 식물 기반 에너지원으로 다양한 원료와 제조공법으로 생산할 수 있습니다. 대표적인 바이오연료는 아래와 같습니다.
바이오연료는 원료에 따라 세대 구분이 가능합니다. 1세대 바이오연료는 식물 및 사료 작물 등의 원료를 사용하면서 식량 생산 영향 등을 초래할 수 있으며, 식량 생산을 위해 할당된 목초지나 농지와 같은 간접 토지 이용변화(ILUC, Indirect Land Use Change) 등으로 온실가스 배출량을 증가시킬 수도 있습니다. 이에 상대적으로 환경 영향이 낮은 원료로 생산한 2세대 이후 바이오연료가 지속가능한 연료로 사용될 것으로 예상됩니다.
바이오연료의 가격은 원료 및 제조 공정에 따라 상이할 수 있으며, 세대가 높은 바이오연료일수록 기존 화석연료 대비 가격대가 높은 것으로 알려져 있습니다. 또한 원료의 지속 가능성에 의한 사용 가능한 바이오연료의 제한성 및 다른 산업 부문(발전 산업, 육상·항공 운송 등)에서의 바이오매스 수요에 따라 선박 연료로서의 바이오연료 가용성이 달라질 수 있습니다.
바이오연료는 전 세계에서 생산할 수 있지만, 바이오연료를 벙커링할 수 있는 인프라는 제한적일 수 있습니다. 그러나 GHG 규제 강화에 따라 전주기적 관점에서의 지속가능한 연료에 한하여 바이오연료의 수요 및 사용 확대로 인해 벙커링 가능한 항구는 증가할 것으로 예상됩니다. 또한 기존 화석연료의 ‘drop in’ 바이오 연료에 한해서는 대규모 투자 없이 기존 벙커링 인프라를 활용할 수 있을 것으로 예상됩니다. 현재 바이오연료 주요 벙커링 항구로는 로테르담, 싱가포르가 있습니다.
바이오연료를 혼합하여 사용하거나 100% 연료를 사용하기 위해서는 질소산화물과 황산화물 규정을 만족해야 합니다.
일반적으로 바이오연료의 혼합율을 증가하면 질소산화물 또한 증가하는 것으로 알려져 있으나, 육해상 실증 결과들을 종합해보면 바이오연료의 혼합율에 따른 경향성은 없는 것으로 확인됩니다. 바이오연료 사용으로 인해 질소산화물이 증가해서는 안되는 상황에서, MARPOL 부속서 6장, 규칙 3.2의 예외 조건에 따른 기국 승인 등으로 해상실증이 이뤄졌으나, MEPC 78차 회의에서 승인된 MARPOL 부속서 6장의 통일해석 개정안(78차 회의 결과 소식지)을 통해 30% 미만의 혼합 바이오연료를 사용할 수 있는 디젤기관에 대하여 선상에서 질소산화물 측정 및 검증 없이 해당 연료의 사용이 허용되었습니다. 석유정제외의 방법으로 추출되거나 30%를 초과하는 혼합 바이오연료를 사용하는 경우, NOx technical Code 2008에 따른 선상 간단계측 또는 직접계측이 수행되어야 합니다.
바이오연료 내에는 황성분이 없어 바이오연료 혼합율을 증가하면 황산화물 또한 감소되며, 연료 내 산소 함유량에 기인하여 입자상물질 또한 감소시킬 수 있는 것으로 알려져 있습니다.
현재 IMO 규제는 연료의 연소에 의한 CO2 배출(tank to wake 관점)량만을 규제하고 있습니다. 관련 규정에는 바이오연료에 대한 변환 계수(Cf, Conversion factor)가 정해져 있지 않으나, 화학적 조성 고려 시 기존의 화석 연료와 거의 유사한 CF 값을 가집니다. 향후 IMO에서의 전주기적 관점에서의 LCA 가이드라인을 주목할 필요 있으며, 바이오연료를 포함한 대체연료 배출계수의 설정에 주목할 필요가 있습니다. 반면 EU에서는 FuelEU Maritime을 통해 전주기 관점에서의 규제 도입을 예고한 바 있으며, 바이오연료는 원료에 따라 GHG intensity가 상이하지만, 지속가능한 원료로 제조한 연료에 대해서는 GHG 감축효과를 인정받고 있습니다.
한국선급은 온실가스 규제 대응 하나의 옵션인 바이오연료의 중요성을 인지하고 바이오연료에 대한 선박적용을 위한 검토사항에 대한 기술문서(바이오연료-선박적용을 위한 검토사항)를 발간하여 정보를 제공하였습니다. 그리고 바이오연료의 혼합에 따른 통일해석안이 승인되기 전, 해운선사, 엔진 제조사, 바이오연료 공급사 등과 함께 실증업무 협력체계를 구성하고, 바이오혼합유(Bioheavy oil, 20% + VLSFO, 80%)에 대한 해상 실증을 성공적으로 수행(MEPC 79-INF.25, 대한민국)한 바 있습니다. 또한 전북 군산에 위치한 ‘그린쉽기자재시험인증센터’ 내 엔진 테스트벤치(http://tcc.krs.co.kr/)를 통해 주기 및 발전기 엔진의 바이오연료 선박 적용성에 대한 기술 서비스를 제공하고 있습니다.
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