미세먼지 해결사 청정연료 DME 주목해야
미세먼지 해결사 청정연료 DME 주목해야
  • ㈜바이오프랜즈 조원준 대표
  • 승인 2018.10.01 09:57
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(주)바이오프랜즈 조원준 대표이사
(주)바이오프랜즈 조원준 대표이사

[지앤이타임즈]

(주)바이오프랜즈 조원준 대표이사는 한국가스공사 연구개발원에서 23년간 근무하며 DME 연구개발센터장 등을 역임했으며 퇴임 후 유니시스 인터내셔날 연구소장으로 2년간 근무했다. 이후 2016년 바이프랜즈를 설립해 온실가스저감, CO2 이용 기술, 에너지순환산업 연구에 매진하고 있다.

조원준 대표는 지앤이 칼럼을 통해 ①미세먼지 저감을 위한 DME 엔진개발 ②DME로부터 수소생산과 미래 산업의 연료로 활용성 ③해외 DME 사업추진 ④농어촌 보급용 친환경연료 DME에 대해 연재할 계획이다.

 ‘지속가능’한 ‘녹색성장’의 ‘창조’, ‘혁신성장’에 필요한 에너지원 처럼 각 정권 때마다 구호만 바뀌었지 결국은 오랫동안 안정적으로 인류에 공급 가능한 깨끗한 에너지원을 갈망하고 있다. 

이와 관련해 그동안 개발되고 기술사업화돼 장기적 안목에서 정책적으로 끌고 온 오래된 모든 에너지원들(청정연료, 신재생에너지, 원자력, 청정화력, 바이오, 폐기물 등)이 시장경제 논리안에서 소비자들이 선택해 보다 쉽게 소비자들에게 접근할 수 있는 인프라로 ‘지속가능한 에너지원’으로 공급되는 시장으로 재편될 것이다.

세계 에너지 수요는 아시아를 중심으로 급속히 성장했고 특히 지난 20 여 년간은 전 세계 인구의 1/3이상이 살고 있는 중국과 인도를 비롯한 개발도상국의 급속한 경제성장으로 인한 급격한 에너지 소비증가로 에너지 수급 불균형이 발생했다.

2030년 이후 이런 개발도상국이 전 세계의 에너지를 차지하는 비율이 50%에 육박할 것으로 예측되고 있다. 

따라서 신재생에너지원의 상업적 이용이 중요한 시점에 도달했다고 볼 수 있지만 경제적으로 치러야 할 비용이 천문학적으로 늘어날 것이기 때문에 우리는 세계적으로 인프라가 잘 갖춰지고 시장이 확실한 화석연료 사용에 집중할 수 밖에 없으며 실제로도 현실적인 대안인 상황이다. 

에너지 수요 증가는 주로 수송 에너지의 증가에 기인하며 지난 10여년 간 시장규모는 2배로 증가해 심각한 대기 환경오염과 수질, 토양오염을 가져오게 되었다. 

각종 배기가스에 의한 환경오염으로 발생한 기후변화를 이제는 현실로 받아들이고 1992년(기후변화협약 채택,리후회의) 또는 1997년(교토의정서 채택)의 지구환경으로 회귀하는 노력이 절실하리라고 하겠다. 

태양광, 풍력, 수소에너지, 바이오매스를 이용한 신에너지원에 대해서는 정책적으로 상용 사업화가 시급하며 지속적으로 확대해야 된다.

다만 내연기관 연료로 활용되는 청정연료의 활용도 중요하다.

이중 LNG와 LPG는 국내 수요가 각각 3500만여톤과 약 800만톤 이상으로 주로 청정연료 또는 석유화학원료로 사용되고 있으며 이 수요는 늘어날 것으로 기대된다. 

다만 LNG의 주성분인 메탄가스는 대기방출시 온실가스인 이산화탄소에 비해 21배의 온난화 지수로 이에 대한 대책이 필요하며 이에 비해 LPG는 IPCC(Intergovernment Panel on Climate Change, 기후변화에 관한 정부간 패널)에서 지정한 물질 중 블랙카본 등 PM(입자상 물질)을 고려하면 경유차에 비해 청정한 연료임을 알 수 있다. 

이런 면에서 유사한 물리화학적 특성을 갖는 DME 연료는 블랙카본 등 입자상 물질인 미세먼지를 완전히 절감하는 청정연료이다.

1995년경 AVL, University of Denmark, Haldor Topsoe사가 SAE에서 NOx, 매연배출이 현저히 적은 DME엔진의 저공해성을 발표하면서 주목을 받아 DME 생산 또는 제조에 관한 기술개발이 2000년부터 2010년까지 활발히 진행중이며 일본, 중국, 한국 등 동북 아시아에서도 2010년 이후 DME 엔진시험과 보급시나리오에 집중해 기술개발을 수행중이다.

하지만 2014년 이후 오일 가격과 LPG 가격 하락에 주춤하고 있다. 

2017년에 미국 Oberon Fuels사와 Volvo에서 뉴저지와 뉴욕에서 실증 시범 보급 사업을 하는 등 또다시 활발히 상용화 사업을 준비하고 있는 것은 최근 유가 상승이 가져오는 반사이익에 대한 기대감일 것이다.

DME는 세탄(Cetane)가가 55 이상으로 높은 수치로 압축착화방식의 디젤엔진 연료로 사용할 수 있다. 

경유를 주 원료로 사용하는 디젤엔진은 스파크 점화방식의 휘발유, LPG, CNG 차량에 비해 매우 높은 에너지 효율을 지니고 있어 경제적일 뿐만 아니라 온실가스 등이 적어 유럽 완성차 업체에서 활발히 개발되어 왔다. 

다만 입자상물질(PM)과 NOx 배출이 많은 단점이 있어 유럽에서는 배기가스규제를 단계별로 높여 Nox규제를 하고 있다.

이와 관련해 디젤엔진의 내연기관을 그대로 사용하고 저공해 배출가스를 실현하고 있는 DME 엔진을 시장에 상용화하는 것을 제안한다.

환경부에서는 많은 예산을 투입해 노후 경유차량에 매연저감장치 설치를 권고하고 보조하고 있다. 

이러한 후처리기술을 이용한 미세먼지 저감도 중요하지만 원천적으로 매연 즉 미세먼지 유발물질을 저감하는 청정연료인 DME를 차량연료로 사용한다면 수소전기차나 전기차 시대를 대비한 향후 20여년 동안 대안적 연료로 자리매김할 수 있으리라 판단된다.

지금까지 DME를 천연자원에서 생산하는 기술개발에 집중했다면 이제는 청정연료 DME를 친환경에너지로 활용하는 상용화 사업에 집중하고 운영할 필요성이 대두되고 있다.

석유화학산업에서 연평균 성장률이 4~5%인 DME 원료시장에서 이제는 연평균 10%이상의 성장으로 예측되는 연료, 에너지 시장으로 진입하는 것이 시급할 것으로 보인다.


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