[한국석유공사] 하늘길도 탈탄소, 지속 가능 항공유(SAF)로 친환경 이륙!

들어가며

지속 가능 항공유(SAF: Sustainable Aviation Fuel)는 전통 항공연료를 대체하기 위해 점진적으로 사용량이 증가하고 있으며, 항공산업 탄소 저감에 가장 유망한 해결책으로 알려져 있다. 전망기관에서는, SAF가 2050년 목표인 탄소중립에 65% 기여할 것으로 예상하였다.¹ 항공기 전동화, 수소연료 같은 신기술을 통한 탄소 저감도 추진 중이나 무거운 배터리 무게, 충전 시간, 대형 항공기 적용 어려움 등의 제약을 고려할 때 SAF는 앞으로도 항공산업 탄소저감에 가장 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. SAF가 무엇이고, 향후 항공산업 탄소중립 달성을 위해 어떤 역할을 수행하게 될지, 이러한 목표 달성을 위한 정부의 정책 지원은 어떤 것들이 있는지 알아보자.

지속가능 항공유(SAF)란?

SAF는 현재 항공 분야에서 상용화되어 사용중인 액체 연료로, 유기물, 비식용 식물, 도시 고형 폐기물, 농업과 임업 잔류물 등 다양한 원료로 생산된다. IATA(국제항공운송협회, International Air Transport Association)에 따르면 SAF 사용을 통한 이산화탄소 저감 효과는 최대 80%이며 바이오매스에 흡수된 이산화탄소를 재활용하거나 대기 중 이산화탄소를 직접 포집하는 방식으로 이산화탄소를 저감한다. SAF의 특징은 ①석유 기반 항공유 직접 대체, ②항공연료 인증, ③지속 가능성이 있다(그림 1).

첫 번째 특징인 석유 기반 항공유 직접 대체는 SAF의 가장 큰 장점으로, 항공기 엔진 등 기존 시설에 추가적인 기술 적용이나 변경 없이 동일한 성능으로 사용이 가능하다는 것이다. 두 번째 특징으로, SAF는 ASTM(미국재료시험협회, American Society for Testing Materials)의 인증을 통해 항공유로서 사용이 가능하다. 현재까지 총 11개의 공정이 SAF로 인증을 받았다. 인증을 받기 위한 요건은 연료의 성능, 공급 투명성 등 다양하지만 세 번째 특징인 지속 가능성이 중요하다.

지속 가능성은 경제, 사회, 환경 목적에 일치하는 방식으로 계속적이고 반복적으로 조달되어야 한다는 의미이다. 이를 위해서는 원료가 식량자원과 경쟁하지 않아야 하며, 생산을 위해 다량의 담수를 사용하거나 삼림을 파괴하지 않는 등 지속해서 생산하는 데 한정된 자원을 사용하지 않는 것이 중요하다.

지속가능 항공유(SAF) 분류

그렇다면 SAF로 사용되는 연료는 어떤 것들이 있을까? SAF는 생산공정에 따라 종류가 나눠지는데 현재까지 대부분의 SAF는 HEFA(Hydrotreated Esters and Fatty Acids) 공정으로 생산된다. HEFA는 공급 원료로 폐식용유, 폐 동물 유지, 식물성 기름 등을 사용한다. 생산공정은 석유 정제 방법을 사용하기 때문에 안전하면서 입증된 기술로 평가받는다. 원료를 고온 고압에서 수소화 처리하는 방식이며, 성분은 바이오 디젤과 유사하다. SAF 중 생산비용이 가장 낮고 기존 정유 시설을 사용한다는 장점이 있는 반면, 생산 과정에 다량의 수소가 필요하고 원료인 폐식용유 등을 대량으로 확보하기 어렵다는 단점이 있다. HFEA 공정은 타 공정 대비 높은 접근성을 바탕으로 단기 우위를 점할 것으로 보이나, 원료의 대량 확보가 어렵다는 점을 고려할 때 장기적으로는 전체 SAF 생산량에서 제한된 비중을 차지할 전망이다.

FT(Fischer Tropsch) 공정은 농림 부산물이나 생활폐기물 등을 이용하는 방식으로 원료를 가열·분해하여 생성된 합성가스를 열화학 공정 등을 통해 탄화수소로 전환하는 방식이다. HEFA 공정에 비해 원재료 수급이 원활하고 원료 비용이 낮다는 장점이 있으나, 원재료에서 금속을 제거하는 등의 전처리가 필요하고 공정에 정교한 인프라가 필요하다는 단점이 있다. 현재 상용화에 근접해 있다.

ATJ(Alcohol-to-Jet)는 FT 공정과 비슷한 농림 부산물이나 생활폐기물 등을 발효하여 알코올을 생성한 후 탈수·수소 처리 과정을 거쳐 탄화수소로 전환하는 방식이다. 바이오매스에서 생성된 에탄올을 항공연료로 가공하려면 낮은 에너지 밀도 때문에 많은 공급 원료가 필요하다는 점은 단점이다.

PTL(Power-to-Liquid) 공정은 재생 가능 에너지로 발생시킨 그린수소와 포집한 이산화탄소를 원료로 사용한다. 그린수소와 이산화탄소를 반응시켜 합성가스를 생성한 후 철이나 코발트 같은 촉매와 반응시켜 항공연료와 같은 탄화수소로 전환하는 방식이다. 재생 에너지를 사용하고 탄소 포집을 통해 이산화탄소를 재활용하므로 탄소 배출량 감축에 매우 효과적이다. 다만, 고가의 장비와 복잡한 공정 때문에 화석연료 대비 8배 정도 가격이 높다. PTL은 아직 연구·개발 단계로 포집 비용의 감소가 중요한 요소로 보이나 향후 탄소중립 목표 달성을 위해 중요한 기술로 인식되고 있다(표 1 참조).²

SAF 제조 공정

기술명​	내용​	원료​	2030년 ​ 가용량	기술​ 성숙도
HEFA​	유지 및 지방을​ 수소화 처리	폐유지, 식물성 오일, ​ 팜유, 사용된 조리용 오일​	195Mt/년​	상용화​
FT	가열을 통해​ 합성가스 생성 후​ 탄화수소로 전환​	농림부산물, 임업 잔류물,​ 생활 폐기물​	2,290Mt/년​	파일럿​
AtJ	발효를 통해​ 알코올 생성 후​ 탄화수소로 전환​	농림부산물, 임업 잔류물,​ 생활 폐기물​	1,330Mt/년	파일럿​
PtL	전기와 CO₂ 및 ​물을 결합하여​ 수소를 생산하고​ 이를 연료로 전환	CO₂, 물, 재생 가능 전기	N/A	개발

지속가능 항공유(SAF) 공급 제한요인

2023년 기준, SAF는 전체 항공유 사용량 중 소량인 0.2% 정도만을 공급하고 있다. SAF로 첫 시험비행을 성공한 2008년 이후 15년이 지났지만, 여전히 공급 확대에 어려움을 겪고 있다. SAF는 높은 생산비용과 원료공급 한계로 확대가 제한되고 있다. SAF 시장 가격은 상당 기간 화석연료보다 높을 것으로 예상되나, 향후 생산량이 급격히 늘어날 것으로 예상되기 때문에 공정 효율성, 규모의 경제, 신기술 개발 등의 영향으로 가격이 지속 하락할 것으로 예상된다(그림 2).

현재까지 대부분의 SAF 생산량을 차지하는 HEFA 공정의 생산 원가는 주로 원료 공급 단가가 차지하는 비중이 높다. 또한 수거량도 급격히 늘리기 어려운 한계가 있어 향후 단기적으로는 HEFA 공정이 SAF 증산에 중요한 역할을 하지만 장기적으로는 다른 공정의 기술 성숙이 중요해질 것으로 보인다. 가장 기대를 많이 하는 공정은 PTL이다. 아직은 생산비용이 높지만, 기술의 발전에 따라 생산 원가 측면에서 경쟁력을 확보할 것으로 예상한다.

항공산업 탈탄소화 정책

전기차 시장이 확대되면서 수송부문의 탈탄소화 진행이 빨라지고 있다. 각국 정부는 항공, 해운 등 타 분야 탈탄소화로 관심을 넓히고 있다. 대체 연료 사용으로 높은 비용이 요구되는 항공 분야도 2050년 탄소중립 목표를 수립한 상황이다.

그렇다면, 항공산업이 수송부문 탈탄소화에 미치는 영향은 어느 정도일까? 수송부문 탄소 배출량 중 항공산업의 비중은 12%로 도로운송을 제외하면 가장 높다(그림 3). 또한 최근 항공산업의 급속한 성장에 따라 탄소 배출량도 빠르게 상승 중이다. 이런 상황에도 항공산업 탈탄소화는 상대적으로 진행 속도가 매우 느리다. 2023년 기준 전체 항공유 사용에서 0.2% 정도만 SAF로 대체되었을 뿐이다. 대체 연료 개발 및 인프라 투자 등의 확장을 위한 장기 계획과 지원이 필요한 이유다.

항공 분야 탈탄소화를 위한 국제기구 목표는 국제민간항공기구(ICAO)의 국제항공 탄소 감축 장기목표(2022.10월)에 규정되어 있다. 세부 내용은 2050년까지 항공산업의 탄소 배출을 순 제로(net-zero)로 만들겠다는 계획이다. 목표 달성을 위해 ‘국제항공 탄소상쇄·감축제도(CORSIA : Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation)’의 참여를 독려하고 있다. CORSIA는 2021년부터 시행되었다. 최초에는 2019년 탄소 배출량을 기준으로 기준치를 초과한 탄소를 배출한 항공사가 탄소 시장에서 탄소배출권을 구매하여 상쇄하도록 하는 제도였다. 2022년에는, ICAO 탄소 감축 장기목표에 맞춰 CORSIA 목표도 상향되었다. 상향된 기준은 2021~2023년은 2019년 배출량으로 유지하고, 2024~2035년은 2019년 배출량의 85% 수준으로 감축하는 목표이다. CORSIA는 자발적 참여 기간을 거쳐 ‘27년부터 의무화가 된다. 2024년 1월 기준 한국을 포함한 126개국이 자발적 참여를 선언하였다.

지속가능 항공유(SAF) 현황 및 전망

2008년 SAF를 사용한 상업용 항공기의 첫 비행 이후, 2011년 SAF 사용이 승인되었다. 2024년 5월까지 737,559회의 항공편이 운행되었으며 69개의 공항이 정기적으로 SAF를 공급받고 있다.³ 2021년 1억 리터, 2022년 3억 리터, 2023년 6억 리터로 연간 생산량도 꾸준한 증가 추세이며, 2024년 예상 생산량은 18억 7,500만 리터로 2023년 대비 3배 증가가 예상된다. 하지만 이러한 급증에도 2024년 전체 항공연료 수요의 0.53%에 불과하다.

2050년까지 항공 분야 탄소중립에 기여할 주요 기술은 SAF, 인프라 및 운영 개선, 탄소 포집 및 상쇄, 기타 신기술로 전망된다. 이중 SAF의 탄소 감축 기여도는 65%로 가장 높다(그림 5). 그렇다면 목표 달성을 위한 SAF 생산량은 어느 정도일까? 2050년 기준 4,490억 리터로 2023년 생산량 3억 리터 대비 1,500배에 가까운 용량이며 연간성장률(CAGR) 31%를 장기적으로 유지해야 가능하다(그림 6). 이러한 이유로, 글로벌 시장조사 기관에서는 SAF 누적 투자 규모가 최대 5조 달러에 달할 것으로 예측한다.⁴

SAF 필요량(~2030)

2025	2030	2035	2040	2045	2050
8	23	90	229	346	449

지속가능 항공유(SAF) 해외 정책 동향(유럽연합)

SAF 사용과 항공산업 탈탄소화를 위한 정책을 선도하는 지역은 EU이다. EU는 2030년까지 탄소 배출량을 1990년 대비 55%로 감축하는 목표(Fit for 55 in 2020 패키지)를 추진하고 있다. 또한 ‘23.4월 통과된 REFuelEU Aviation 법안은 EU 내 항공연료를 공급하는 모든 업체와 항공사에 규정된 SAF 의무 혼합비율을 준수하도록 규정하고 있다(표 3. 참조).

EU SAF 의무 혼합비율 (%)

구분	2025년	2030년	2035년	2040년	2045년	2050년
SAF	2	6	20	34	42	70
합성연료 (e-fuel)	–	1.2	5	10	15	35

EU 탈탄소 정책은 불이행에 대한 벌금을 부과하는 이행 강제성이 있다. SAF규정 위반 시 의무량 1톤당 제트유 가격의 2배에 해당하는 벌금을 부과하며, SAF사용 항공기에 대해서는 탄소배출권(ETS, Emissions Trading System)을 부여한다. 단기적으로는 의무화 지역이 한정되고 의무 비율이 낮아 벌금 부담이 유리할 수 있지만, 장기적으로는 SAF 가격 하락과 탄소배출권 인센티브 효과로 미이행 부담이 커지면서 제트유 대체 움직임이 빨라질 것으로 보인다. EU는 징수한 벌금을 기반으로 SAF 인프라 펀드를 조성하여 설비투자를 확대한다는 계획이다. EU 외에도 일본, 싱가포르 등 SAF 불이행에 관한 페널티 조항을 도입하는 국가들이 늘어나고 있다.

SAF 해외 정책 동향(미국)

미국에서는 다양한 SAF 지원 정책을 발표해 왔으며 정책 방향은 주로 SAF 생산과 사용에 세제 혜택을 지원하는 방식이다. 2021년 5월, SAF 인센티브 확대를 위해 ’Sustainable Skies Act’를 도입했다. 이 법안은 전 과정 50% 이상의 온실가스를 줄이는 효과가 있는 SAF를 공급하는 업체에 갤런당 1.5~2.0 달러의 크레딧을 제공하도록 설계되어 있다. 또한 SAF 인프라 지원을 위해 5년간 10억 달러의 보조금을 주는 방안도 제시한다.

미국 SAF 조달 물량

	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023
Annual Fuel Purchases (Millions of gallons/Year) (estimated)​	1.94M	1.71M	1.83M	2.43M	4.61M	5.08M	15.82M	26.3M

2021년, 미국 바이든 정부는 SAF 생산 목표를 2030년까지 30억 갤런, 2050년까지는 350억 갤런으로 늘려 미국 항공유 사용을 100% 대체하는 계획을 수립하였다. 2022년에는 ’SAF Grand Challenge Roadmap’을 발표하여 SAF 생산 목표 달성을 위한 세부 계획, 기술 개발, 정책 등 실행 방안을 자세히 공개하였다. 또한, 2022년 발표된 IRA(Inflation Reduction Act) 법안에 따르면 미국내에서 생산 및 판매된 SAF에 대해 갤런당 1.25~1.75 달러의 세제 혜택 지원을 통해 공급업체의 설비투자를 지원한다.⁵

나가며

핀란드의 정유회사인 Neste는 핀란드, 네덜란드 및 싱가포르의 정유공장을 바이오디젤 생산 공장으로 전환했다. 2030년까지 재생 가능한 순환 솔루션 분야의 글로벌 리더로서 연간 최소 2,000만톤의 온실가스를 감축한다는 목표다. 미국 Twelve는 앞서 언급한 PTL(Power-to-Liquid)로 SAF를 생산하는 업체이다. 2024년 중반부터 연간 4만 갤런을 국제항공그룹(IAG)에 공급하는 계약을 체결했다. 글로벌 메이저 쉘은 M&A를 통해 대규모 SAF 생산 설비를 확보하고, 블록체인 기반 SAF 크레딧 플랫폼을 구축해서 SAF 생태계에 주요 지위를 선점하려 하고 있다.

이렇듯, 많은 기업들이 이미 SAF 시장의 가능성을 보고 뛰어들고 있다. 항공분야도 전력분야와 같이 정부 정책을 바탕으로 급성장할 가능성이 높다고 판단했을 것이다. 기술 난이도가 높은 PTL 같은 기술이 발전되면 원료 공급이 원활해져 SAF 시장은 더 빠르게 확대될 것으로 보인다. 향후 대형 시장으로 성장 가능성이 높은 SAF에 대한 각국 정부의 자국 산업육성 정책이 기업들의 생산 능력 확대에 촉매로서 작용할 가능성도 높다. 정부, 항공사, SAF 생산업체와 같은 주요 시장 참여자들의 사업 추진 방향과 신기술 개발 동향을 계속 주시해 보자.  

1. IATA, ‘Net zero 2050: sustainable aviation fuels’, 2023년 12월 ↩︎
2. KDB, ‘탈탄소화를 위한 지속가능 항공유(SAF) 개발 효과 및 시사점’, 2024년 2월 ↩︎
3. ATAG 홈페이지, aviationbenefits.org/environmental-efficiency/climate-action/sustainable-aviation-fuel/ ↩︎
4. 우리금융경영연구소, 지속가능항공유(SAF) 확대가 항공업에 미치는 영향과 금융회사의 비즈니스 기회요인 점검 ↩︎
5. IRS 홈페이지, ‘Sustainable Aviation Fuel Credit’ ↩︎