[에너지칼럼] 탄소저감에 기여하는 e-Fuel의 미래 전망은?

GS칼텍스 - 2024.01.11

전세계가 주목하는 탄소중립 연료, e-Fuel

e-Fuel은 재생 가능 에너지원을 사용하여 합성된 연료를 말합니다. 이러한 연료는 주로 전기를 이용하여 물과 이산화탄소로부터 수소와 합성 탄화수소를 생산하는 과정을 통해 만들어지며 이를 통칭하여 Power-to-Liquid (PtL) 공정이라 부릅니다. PtL 기술을 통해 e-Fuel을 생산하는 과정은 일반적으로 다음과 같은 단계를 포함합니다.

e-Fuel의 주요 장점은 재생 가능 에너지를 사용하여 기존의 화석 연료와 비슷한 연료를 생산할 수 있다는 점입니다. 이는 기존 내연기관 차량이나 항공기에서 바로 사용할 수 있어, 기존 인프라를 크게 변경하지 않고도 탄소 배출을 줄일 수 있는 방안을 제공합니다.

가속화되는 유럽의 e-Fuel 사업화

유럽은 현재 PtL(Power-to-Liquid) 기술을 사용하여 이산화탄소로부터 액체 탄화수소를 생산하는 분야에서 빠르게 사업화가 진행되고 있습니다. 이러한 프로젝트들은 항공 및 중공업 운송 산업의 탈탄소화 노력의 일환으로, 유럽 연합이 제시하는 2030년까지 1.2% e-Fuel 활용 목표를 충족하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다. 본 컬럼에서는 현재 상용화되고 있는 e-Fuel 생산 공정 사례를 살펴보겠습니다.

Norsk e-fuel 프로젝트는 Sunfire, Climeworks, Paul Wurth, Norsk Vind, Norwegian 등의 유럽 기업 컨소시엄에 의해 운영되고 있습니다. Norsk e-Fuel의 목표는 2030년까지 유럽에 위치한 세 공장에서 2억 5천만 리터의 e-Fuel을 생산하는 것입니다.

2023년에 Norsk e-fuel은 지속가능한 항공 연료(Sustainable Aviation Fuel, SAF) 생산을 위한 세계 최초의 통합 e-Fuel 공장 건설을 위해 노르웨이 항공사인 Norwegian과 파트너십을 체결했습니다. 이 공장은 노르웨이의 모스요엔에 위치할 예정이며, 2026년부터 e-Fuel 생산을 시작할 계획입니다. 이 파트너십은 항공 산업에 지속 가능한 연료의 생산과 공급을 가속화하는 데 기여할 것으로 예상되며, 2030년까지 Norwegian의 SAF 총 수요의 약 20%를 확보할 것으로 추정됩니다.

Norsk e-Fuel은 또한 독일 SMS 그룹의 자회사인 Paul Wurth와 함께 첫 e-Fuel 생산 시설에 대한 Front-End Engineering and Design (FEED) 연구를 수행하고 있습니다. 이 프로젝트는 물과 이산화탄소를 재생 가능한 합성 연료로 전환하는 것을 목표로 하며, 항공 산업에 우선적으로 사용될 예정입니다. 이 공정은 Axens와 Paul Wurth가 공동 개발한 역수성가스전환(RWGS)*[efn_note]※ 역수성가스전환(Reverse Water Gas Shift, RWGS)은 이산화탄소 전환기술 중 하나로서, 고온에서 열역학적으로 유리하고 직접적인 가스 전환반응이다.[/efn_note] 장치, Fischer-Tropsch*[efn_note]※ Fe나 Co 촉매상에서 합성가스로부터 액체 탄화수소를 만드는 합성반응이다. 석탄으로부터 합성석유를 만들기 위한 방법으로 처음 개발되었다.[/efn_note] 장치 및 업그레이딩 장치(Gasel)를 포함합니다. 이 공정은 효율적인 SAF 생산을 위해 최적화되었습니다.

북유럽의 다른 회사인 Arcadia efuel은 덴마크 보딩보르그에서 e-fuel 생산 시설을 건설하고 있습니다. 이 공장은 2026년까지 완공될 예정이며, 2030년까지 연간 약 1억 리터의 SAF를 생산할 계획입니다. 이 컨소시엄은 코펜하겐 공항, MAERSK, DSV Panalpina, DFDS, SAS, Ørsted 등 덴마크 기업들로 구성되어 있으며, Haldor Topsoe와 Sasol의 Fischer-Tropsch 기술을 사용하고 있습니다. 이들 기술은 항공연료 뿐만 아니라 화학원료인 Naphtha의 생산에도 사용됩니다.

독일의 e-Fuel 생산 프로젝트, Haru-Oni

독일의 포르쉐와 Siemens Energy가 포함된 컨소시엄은 Haru-Oni라는 e-Fuel 생산 계획을 발표했습니다. 칠레 파타고니아에 위치한 상업 규모의 e-Fuel 생산 프로젝트인 Haru-Oni는 마갈라네스 지역의 강한 풍력 에너지와 이산화탄소를 사용하여 합성 연료를 생산하는 공정입니다. 여기서 생산한 e-Fuel은 기존 액체 연료 인프라와 호환됩니다. 2022년 12월 첫 연료 공급을 시작했으며, 연간 130,000 리터의 e-Fuel을 생산할 예정입니다. 이 수치는 향후 몇 년 안에 연간 5억 5천만 리터까지 증가할 것으로 예상됩니다. Haru-Oni 프로젝트는 칠레가 2050년까지 그린 수소 생산에서 세계 선도적 위치를 차지하는 것을 또 하나의 목표로 하고 있습니다. Haru-Oni 프로젝트 플랜트가 조성된 칠레의 마갈라네스 지역은 강한 바람을 활용할 수 있어서 매우 이상적인 곳입니다.

이 프로젝트는 기존 차량을 전환할 필요 없이 기존 가솔린을 대체할 수 있는 혁신적인 제품으로 간주되며, 특히 포르쉐 차량에 e-fuel을 적용하는 과정을 통해 기존 자동차 연료 시스템에 탈탄소화 혁신을 가져올 것으로 보입니다.

e-Fuel, 경제성 개선이 필요한 이유

현재 e-Fuel의 생산 비용은 화석연료에 비해 높지만, 2050년까지 그린수소 비용을 현재의 20-30% 수준으로 낮추면 e-Fuel 생산비용도 현재의 30% 수준으로 줄어들 것으로 예상됩니다. 이는 재생 가능 에너지의 발전과 밀접한 관련이 있으며, 재생 에너지의 비중이 높아지면 e-Fuel의 경제성도 개선될 것으로 보입니다. 이러한 경제성 개선은 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고 지속 가능한 에너지 소비로의 전환을 촉진하는 중요한 단계입니다.

미래의 재생에너지 기술을 선도해 나갈 e-Fuel

e-Fuel은 재생 가능 에너지를 활용하여 환경 친화적인 방식으로 합성 연료를 생산하는 혁신적인 기술입니다. 유럽을 중심으로 다양한 프로젝트들이 진행되고 있으며, 이러한 프로젝트들은 기존 내연기관 차량과 항공기에서 사용할 수 있는 탄소 중립적인 연료를 제공함으로써 화석 연료 의존도를 줄이고 지속 가능한 에너지 소비로의 전환을 촉진하고 있습니다. 현재 e-Fuel의 생산 비용은 상대적으로 높지만, 재생 가능 에너지 기술의 발전과 그린수소 비용의 감소는 향후 이러한 비용을 줄이고 경제성을 향상시킬 것으로 기대됩니다. 이는 장기적으로 지구 환경 보호와 지속 가능한 에너지 사용에 중요한 기여를 할 것입니다. 필자는 이러한 기술 발전이 환경 보호와 지속 가능한 미래를 향한 중요한 발걸음임을 강조하며, 이러한 기술이 널리 퍼져 더욱 많은 사람들과 산업에 영향을 미치길 기대합니다.

[에너지칼럼] 탄소저감에 기여하는 e-Fuel의 미래 전망은?

전세계가 주목하는 탄소중립 연료, e-Fuel

가속화되는 유럽의 e-Fuel 사업화

독일의 e-Fuel 생산 프로젝트, Haru-Oni

e-Fuel, 경제성 개선이 필요한 이유

미래의 재생에너지 기술을 선도해 나갈 e-Fuel

함께 보면 좋은 글

김석기 - 아주대학교 화학공학과 조교수

[에너지칼럼] 탄소저감에 기여하는 e-Fuel의 미래 전망은?

전세계가 주목하는 탄소중립 연료, e-Fuel

가속화되는 유럽의 e-Fuel 사업화

독일의 e-Fuel 생산 프로젝트, Haru-Oni

e-Fuel, 경제성 개선이 필요한 이유

미래의 재생에너지 기술을 선도해 나갈 e-Fuel

함께 보면 좋은 글

김석기 - 아주대학교 화학공학과 조교수

GS칼텍스 뉴스레터 구독신청