탄소중립연료 ‘e-Fuel’ 관련 기술이 최근 주목받고 있다. 대기 중에서 포집한 탄소 자원과 수소를 결합해 만드는 재생합성연료로 연소과정에서 탄소를 배출하지만 탄소를 활용해 순환시킨다는 점에서 친환경 연료로 주목받는다. e-Fuel은 내연기관을 그대로 활용할 수 있다는 점에서 전동화 기술과 함께 수송 부문 탄소중립을 실현할 기술로 꼽히고 있다.  

◇ 내연기관은 퇴출돼도 사라지지 않는다?

내연기관은 내부에서 연료를 연소시켜 열(압력)을 발생시키는 원리를 가진 기관으로, 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 자동차를 비롯한 이동수단의 핵심 기술로 꼽힌다. 때문에 내연기관은 개발 이후부터 현재까지 인간과 물류의 이동에 중심적인 역할을 해온 장치이다.

그러나 화석연료를 사용하는 내연기관은 탄소중립이라는 과제 앞에서 퇴출 위기를 겪고 있다. 특히 유럽연합은 지난해 ‘EU 기후변화정책 종합패키지(Fit-for-55)’를 발표했다. Fit-for-55는 2030년까지 탄소배출량을 1990년 대비 55% 수준으로 감축하기 위한 입법안으로, 해당 법안을 통해 EU는 2035년부터 휘발유·디젤 엔진 신차 판매를 금지한다고 밝혔다.

이는 우리나라도 마찬가지다. 윤석열 대통령은 대선 공약으로 내연기관 퇴출을 위한 유로7을 도입할 것을 밝힌 바 있다. 유로7은 유로6에 비해 질소산화물을 네 배 이상 줄여야하는 규제로, 배출가스를 줄이지 못하면 자동차 판매가 금지된다.

하지만 이러한 규제 강화가 내연기관의 종말을 뜻하지 않는다. 소개한 규제는 내연기관 차량을 판매하지 못하는 규제다. 규제 시행 이후에도 내연기관 자동차는 존재한다는 뜻이다. 국제에너지기구(IEA)의 탄소중립 시나리오에 따르면, 2050년에도 내연기관 차량 비율은 전체의 60%에 달할 것으로 전망된다. 또한 장거리를 운행해야하는 항공기, 선박, 대형트럭 등은 배터리로 전환해 내연기관을 대체하기에는 한계가 있다.

결국 탄소중립의 흐름에도 수송 부문에서 내연기관은 존재할 것이라는 전망이다. 이에 내연기관을 친환경적으로 사용하기 위한 방안이 모색되고 있다. 그 기술은 탄소중립연료 중 하나인 'e-Fuel'이다.

◇ 탄소 배출해도 탄소중립 가능한 연료

탄소중립연료는 말 그대로 탄소중립으로 인정되는 연료를 총칭한다. e-fuel, 바이오 연료, 수소, 암모니아 등 다양한 연료들이 탄소중립연료로 꼽히고 있다. 그중에서도 내연기관을 그대로 활용할 수 있는 탄소중립연료로 주목받고 있는 연료는 e-fuel이다.

e-Fuel은 대기 중에 포집한 이산화탄소, 일산화탄소 등 탄소자원과 재생에너지로 생산된 수소와 합성해 제조한 재생합성연료다. 제조방법과 반응 조건에 따라 메탄, 메탄올, 가솔린 등 다양한 형태로 제조가 가능하다. 주로 일산화탄소와 수소를 일정 압력에서 반응시켜 탄화수소 혼합물을 제조하는 F-T공정, 메탄올을 합성 가솔린으로 제조하는 MTG공정 등을 통해 생산할 수 있다.

이렇게 제조되는 e-Fuel은 기존 연료와 마찬가지로 연소시 이산화탄소를 배출한다. 하지만 제조과정에서 탄소자원을 활용하기 때문에 탄소를 순환시키는 친환경 연료로 분류된다. 뿐만 아니라 e-Fuel은 완전 연소 비율이 높아 기존 경유 자동차 대비 미세먼지·온실가스 배출량을 낮출 수 있다.

기존 내연기관으로 탄소중립과 대기오염 감축을 달성할 수 있는 것이다. 특히 전동화가 어려운 항공기, 선박 등 수송 부문을 비롯한 산업·수송 전 부문에 적용이 가능해 탄소중립 달성과 에너지 안보 등에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대를 받고 있다.

◇ 국내에서도 관련 연구 시작

이러한 장점에 세계 각국은 e-fuel에 주목하고 있다. 유럽의 경우 항공연료로 e-fuel을 주목하고 있다. EU는 Fit for 55를 통해 지속가능한 항공 연료로 e-fuel을 28% 혼합 의무화를 제시했다.

또한 독일 정부는 20여개 이상의 P2G 실증 플랜트를 설치·운영하고 있으며, 지난해 수송부문 재생에너지 규정 개정으로, e-Fuel 항목을 신설했다. 일본 역시 지난해 그린성장 전략에 e-Fuel을 상정하고, 향후 10년간 기술 개발 및 실증을 집중해 2040년까지 상용화, 2050년까지 공급가격을 휘발유 가격 이하로 실현하는 것을 목표로 수립했다. 

탄소중립 규제에 직접적인 영향을 받고 있는 자동차 기업들도 e-fuel에 주목하고 있다. 아우디의 경우 2017년 e-fuel 연구시설을 설립하고, 다양한 탄소중립연료와 엔진 실험을 펼치고 있으며, 도요타, 닛산, 혼다 등 일본의 자동차 기업들은 2020년 7월 ‘탄소중립 엔진개발을 위한 e-fuel 연구계획’을 발표했다.

국내에서도 e-Fuel 관련 연구가 추진되고 있다. 산업통상자원부는 지난해 4월 산학연 중심의 ‘재생합성연료 e-Fuel 연구회’(이하 연구회)를 신설했다. 총 6회에 걸친 회의을 진행한 연구회는 지난 1월 ‘e-fuel 연구 보고서’를 발표하며 e-Fuel 활용을 위한 정책적·기술적 과제를 제시했다.

연구회는 보고서를 통해 “e-Fuel은 탄소중립 수단이 될 수 있으며, 전동화가 어려운 분야의 대안이자 배터리 원자재 등 공급망 리스크의 대비책 역할이 가능하다”며 “다만 경제성 확보가 핵심이며, 이산화탄소 흡착제 효율 향상, 합성 촉매 개발 등 e-Fuel 생산의 핵심 기술 확보가 주요 과제가 될 것”이라고 설명했다.

또한 “전기·수소차의 높은 차량 가격, 인프라 구축 비용 등을 고려하면, e-fuel도 전기·수소차 수준의 경제성 확보가 가능할 것으로 전망된다”며 “기술 중립적인 시각을 갖고 e-fuel 등 탄소중립연료를 활용하는 내연기관도 탄소중립으로 인정하는 논의가 필요하다”고 밝혔다.

산업통상자원부는 e-fuel 보급을 위해 ‘수송부문 탄소중립연료 워킹그룹’을 구성하고, e-fuel 기술개발 목표 달성을 위한 세부계획 수립, 연료 성능 표준 수립 등의 세부 이행 계획을 수립할 예정이다.

hdlim@greenpost.kr