세계 곳곳에서 지구 온난화로 인한 이상기후 현상이 산발적으로 발생하고 있는 만큼 탄소중립사회로의 전환이 절실한 상황이다. 이에 IPCC는 2030년까지 이산화탄소 배출량을 2010년 대비 최소 45% 이상 감축하고, 2050년경에는 탄소중립(Net zero)을 달성하여야 한다는 목표를 제시했다. 이에 따라 온실가스 중 가장 큰 영향을 끼치는 CO₂를 포집하고 활용, 저장하는 CCUS(CO₂ Capture, Utilization & Storage) 기술에 대한 개발과 사업화가 탄소중립의 핵심 수단으로 주목받고 있다. 이 중 CCUS의 전략 제품인 그린 Methanol은 IMO 환경규제 강화로 인한 선박용 대체 연료로 각광을 받고 있다.

자료 : 한국에너지기술연구원

배출되는 CO₂를 포집하여 화학적 전환 반응 공정을 통해 메탄올 및 DME를 생산하는 기술은 CO₂를 산업적 용도로 활용하거나 고부가가치 제품으로 전환하는 CCU 기술로서 e-fuel 사업에 적용하기에 적합하다. 현재의 온실가스 규제는 저탄소 연료의 사용으로 대처가 가능하나, 중장기적 관점에서는 탄소중립연료(e-fuel) 및 무탄소 연료로의 전환이 필요하다. 탄소중립연료(e-fuel)는 기존 연료나 저탄소 연료처럼 CO₂를 배출하나, 원료를 제조 및 생산하는 공정에서 CO₂를 포집하기 때문에 CO₂ 중립 사이클을 가지는 연료로 주목받고 있다.

e-fuel은 청정 수소(재생에너지 이용 및 수전해)와 Captured CO₂를 활용하여 기존의 화석 연료인 가솔린, 디젤, e-메탄올, e-DME 등으로 전환한 연료를 뜻하며, e-fuel을 합성하기 위한 핵심 기술로는 청정수소 제조 기술, CO₂ 포집 기술(습식법, PSA, DAC), CO₂ hydrogenation, FT 반응 및 Syngas to Methanol/DME 제조 기술 등이 있다.

자료: 재생합성연료 연구보고회, 2022.01

청정수소 제조 기술은 수전해 및 플라즈마를 통해 청정수소를 제조하는 기술이며 CO₂ 포집 기술로는 배출된 CO₂를 대기 중 포집하는 DAC 기술과 아민 계열 흡수제를 이용한 흡수법, 대형 플랜트에 적용 가능한 흡수탑과 재생탑을 이용한 흡수법 등이 있다.
또한 e-Methanol과 e-DME 합성의 핵심이 되는 기술인 CO₂ hydrogenation 및 Syngas to Methanol/DME 기술은 Captured CO₂의 수소화 반응 및 합성 가스의 메탄올 합성반응으로부터 e-Methanol과 e-DME를 생산하는 기술이다.
e-fuel(e-메탄올/e-DME)은 기존 선박유와 비교하여 온실가스 배출량이 적은 친환경 연료일 뿐만 아니라 액체 상태로 저장 및 이송이 가능하여 취급이 용이하다. 또한 연료 공급 방법이 기존 연료 설비를 간단히 개조하여 활용이 가능하기 때문에 해외 대형 선사들의 메탄올 추진 선박의 발주가 빠르게 증가하는 추세이다.

이에 ㈜바이오프랜즈는 e-Methanol/e-DME를 생산하고 연료를 보급화하기 위한 사업으로 유럽의 e-fuel Project(e-Methanol/e-DME), 국내외 정유 공정에서 배출되는 배출가스로부터 e-fuel을 제조하는 사업 등을 진행 중에 있다. 유럽의 e-fuel Project는 탄화수소를 플라즈마로 분해하여 카본 블랙과 청정 수소 생산 후 H₂, CO 및 CO₂로부터 e-Methanol과 e-DME를 생산하는 사업이다. 국내외 정유 공정 e-fuel 제조사업은 배출가스(CO, CO₂, CH₄, H₂ 등)으로부터 3단계 Stream을 이용하여 흡·탈착하여 99.8% 순도의 메탄올을 생산하는 사업으로 추진 중이며, 최종 제품인 e-DME를 생산하기 위한 플랜트를 건설 및 사업 추진 중에 있다.
해외에서는 이미 유럽의 여러 기업들이 중국, 유럽 산업단지에서 포집 CO₂ 및 수전해 수소로부터 e-Methanol 생산 플랜트를 건설 중 또는 소형 공장에서 생산하여 운영 중에 있다. 일본에서는 포집 CO와 수전해 수소를 활용한 e-Methanol, e-DME를 판매함과 동시에 이후 e-fuel 시장을 겨냥한 전 단계 사업으로 확대하는 등 e-fuel의 보급화를 위해 노력 중이다.

이와 같이 국내에서도 e-fuel 사업을 탄소중립 사회로의 전환을 위하여 적극적으로 추진해야 하며, 향후 친환경 저탄소 연료 공급을 지속가능한 생태계의 하나로 개발함은 물론 탄소제로를 위한 전 지구적 차원의 노력이 필요할 것이다.