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국제에너지기구 수송연료 기술협력 프로그램 현황과 2030 신 기후체계 대응전략?

한국자동차공학회
2020-05-03
조회수 1778


국제에너지기구(IEA) 첨단 수송 연료(AMF) 협력 프로그램(TCP)은 수송 분야 화석 연료의 의존도를 줄이기 위하여 1984년 Alcohols 연료 공동 연구를 시작으로 설립된 수송 기계용 연료 관련 다자간 기술 협력 프로그램으로서 에너지원을 다양화하고 보급을 촉진 시킬 수 있는 기술 및 정책 등 수송 연료 관련 연구/개발/실증에 관한 다자간 협력을 촉진하고 정책 결정권자 및 사용자들에게 명확한 데이터를 제공함으로써 기술적, 경제적 장벽을 극복하는 데 기여하는 것을 목표로 우리나라를 포함하여 캐나다, 미국, 일본, 중국, 독일 등 15개국이 활동하고 있다.


우리나라는 AMF의 초청으로 2011년 4월 집행위원회에 처음 참석한 이래 2012년부터 정식 멤버로 가입하여 활동해오고 있다. 경제 활동의 주요 에너지원인 화석 연료의 문제로 인하여 석유계 신연료 및 대체 연료에 대한 필요성이 증대하고 있어 우리나라를 포함한 각국은 자국의 특수성을 고려한 에너지 전략을 수립하여 추진 중에 있으나 여기에 소요되는 막대한 비용과 및 자원의 한계 등으로 큰 성과를 얻고 있지 못하고 있는 상황이다. 그러므로 각국은 독자적인 수송 연료 공인 절차를 가지고 있는 바, 다자간 협력을 통하여 새로운 연료의 타당성이 잘 평가된 연구 결과가 있다면, 여러 국가에서 공인 받을 수 있는 좋은 근거 자료가 될 것이다.


한편 우리나라는 2015년 7월에 RFS(Renewable Fuel Standard, 신재생 에너지 연료 혼합 의무화 제도) 프로그램을 시행하였다. 이에 따라 디젤 연료에 바이오 디젤 혼합 공급을 의무화하였고, 석유 정제업자 및 석유 수출입업자는 정해진 비율에 따라 혼합하여 판매해야 한다. 연도별 혼합 의무 비율은 신재생 에너지의 기술 개발 수준과 연료 수급 상황을 고려하여 2015년 7월 31일 기준으로 매 3년마다 재검토하게 된다. 2018년 1월 1일부터는 3%로 혼합 비율이 변경되었고, 3년 이후인 2020년에 혼합 비율을 재검토할 예정이다.


우리나라 정부도 수송 에너지의 다양화 및 신산업 육성 차원에서 친환경 차량인 하이브리드 자동차, 전기자동차 및 수소자동차에 대한 보급을 위해 세금 혜택과 보조금 지원을 하고 있는데, 이러한 영향으로 인해 친환경 차량의 등록이 꾸준하게 증가하고 있다. 특히 전기자동차의 경우는 다른 유종의 차량에 비해 상승폭이 컸고, 압축 천연가스(CNG) 및 수소연료전지 차량은 큰 폭은 아니지만 신규 등록 대수가 지속적으로 증가하고 있다.


선박 연료는 해양오염방지협약(MARPOL) 개정안의 발효로 2020년 1월 1일부터 황함유량 0.5%m/m 이하로 제한되며, 이에 대비하기 위해 국내에서도 탈황 시설 개발, 저유황유 공급 확대, LNG 사용 등을 추진하였다. 국내에서는 이러한 규제에 맞추어 저유황유 생산과 배출가스 저감 기술(스크러버 등)에 대한 기술 개발 및 민간 투자를 늘렸다.


위와 같이 선박 연료의 환경 규제 강화로 액화 천연가스(LNG) 및 액화석유가스(LPG) 사용 연료의 적용이 증가하고 있고, VOC, SOx 및 NOx 정화장치 시장이 호황을 누리고 있다. 그러나 더욱 장기적이고 어려운 선박의 문제는 지구 온난화 가스 저감을 위해 국제해사기구(IMO)가 제시한 2030 40%(2008년 기준) 및 2050 70% 저감 목표로서 2015년을 시작으로 CO2 배출량을 5년마다 10%씩 단계적으로 감축하여 최종적으로 CO2 Free/Zero Emission 선박을 실용화하는 목표를 제시한 것이다. 이를 위하여 수소연료전지 및 배기가스 탄소 포집 및 저장(CCS : Carbon Capture and Storage)를 핵심 기술로 고려하였으나 최근 들어 신재생 에너지(지열, 태양광 및 풍력 등)를 이용하여 만든 그린 수소와 그린 수소를 기반으로 하는 CO2 Free 연료(e-fuel : electro-fuel)인 암모니아(NH3) 등에 관심이 높아지고 있다. 즉, IMO의 배기규제에 따라 LNG/LPG 엔진 및 탈황 장치(Sulfur Scrubber)가 각광을 받고 있으나, IMO 2030 지구 온난화 가스 장기 목표를 달성하기 위한 기초 연구가 물밑에서 진행 중이다.


폭스바겐 사태 이후 퇴출 움직임이 가시화되고 있는 승용 디젤 차량의 위축 추세에 따라 내연기관 자동차의 판매 축소 및 중단에 대비하여 기술 개발 투자가 축소되어가는 반면, CO2 Free 신연료에 대한 기초 연구를 추진하고 있다. 일본의 AIST는 그린 수소와 암모니아를 연료로 사용하는 가스 터빈 연소 연구를 진행 중이며 덴마크 선박 엔진 기술의 선도 기업인 MAN ES는 2018년부터 암모니아 엔진을 연구 중이고 덴마크(MAN ES), 네델란드(TNO), 스위스(바질라), 핀란드 등 대형 엔진 강국이자 농업 강국들은 LNG 이후 연료로서 그린 수소(e-fuel)를 기반으로 한 암모니아 엔진 기술을 연구 중이다.


이러한 상황을 기반으로 2019년 11월에 열린 제58차 집행 위원회(스위스 몽트뢰)에서 덴마크 기술연구소(DTI)가 제안한 첨단 선박 연료(Advanced Marine Fuel) 프로그램에 우리나라를 포함하여 캐나다, 덴마크, 핀란드, 스웨덴, 스위스 및 미국과 같이 8개국이 참여하기로 의결하였으며, 우리나라는 한국조선해양(구, 현대중공업)이 중속 엔진에서의 LNG/LPG 혼합 기술 및 연소 연구 관련 데이터를 제공하기로 하였고, 한국에너지연구원(KERI)은 암모니아를 가솔린 및 디젤 엔진에 혼합 시 연소 특성을 분석하고 차량 적용시 연비 등에 관한 연구 결과를 제시하는 것으로 협력 중이다.


1990년대 초에 착수된 정부 주도 G7 차세대 자동차 사업을 통하여 10년에 걸친 산학연의 긴밀한 협력으로 독자기술 개발 및 인력 양성 붐이 일어났고 이 사업이 우리나라 자동차 기술 발전의 기폭제가 되었으며 이후 2000년대에는 친환경 자동차 및 에너지 효율 향상을 위한 정부의 전폭적 지원으로 명실상부한 기술 선진국으로 진입할 수 있었다고 생각한다. 2010년대에는 초연결/인프라와 센서, 인공지능 및 Big Data를 기반으로 하는 자율주행 기술이 출현하였고 다양한 첨단 기술과 제조 혁신, 공유 차량 및 신흥국의 부상에 따라 자동차 산업의 페러다임이 격변하는 시점이다.

30년 전까지만 하더라도 자동차 산업은 기계 산업의 꽃이라 불렀으나 하이브리드 및 전기차의 등장으로 전기 전자 산업의 총아로 불리다가 최근에는 자율 기술과 초연결 사회를 선도하는 서비스 산업으로 급격하게 변화하고 있다고 할 수 있다. 이러한 수송 시스템의 발전과 병행하여 에너지 시스템도 화 석연료 중심에서 생태계와 지구 환경의 악화를 완화할 수 있는 신재생 에너지의 활용에 지혜를 모아야 할 때이다. 그 예로 일본의 소프트뱅크 손정의 회장이 제안한 동북아/아시아 슈퍼 그리드 계획과 같이 신 에너지 발굴과 이를 이용한 그린 에너지(그린 수소, 암모니아 등) 공동 개발과 공동 이용을 위한 글로벌 협력이 필요한 시점이다.


지금까지의 두서 없는 이야기를 종합하면, 자동차 및 석유로 인한 지구 온난화 및 환경 오염 문제가 각종 규제 및 신기술 보급으로 해결되어감과 동시에 기타 선박, 건설 장비와 같은 수송 수단과 Shale Gas, 바이오 매스, 바이오 에탄올 및 바이오 디젤 유, 전기 연료(Electro-Fuels)와 같은 Carbon Neutral/CO2 Free 재생 에너지 개발 및 보급 확대를 추진하고 있는 상황으로 이러한 신 연료를 사용한 기술과 전동화와의 결합을 통한 산업 육성 및 지속가능한 수송 사회로의 이행에 기여하고자 노력하고 있는 추세이다.


선진 각국은 중장기 전략으로 내연기관 자동차 퇴출 정책을 추진 중이지만 탄소 기반 화석 연료는 기존 인프라를 사용할 수 있고 높은 에너지 밀도 제공이라는 장점으로 2050년에도 주요 연료로 사용될 것으로 보이지만 그린 수소 및 암모니아와 같이 신재생 에너지를 이용한 Green Fuel이 연료 전환에서의 중요한 역할을 할 것으로 예측되고 있다. 이를 논의하기 위한 IEA 사무국과 유럽 위원회가 공동으로 주관 한 e-fuel 관련 워크숍(2018년 9월 10일) 이후 IEA AMF에서도 신규 과제로 첨단 선박연료 관련 연구 검토를 위한 국제 협력 과제가 승인되고 우리나라도 참여함으로써 2030 연료 전환 및 신 기후 체계의 환경에 대응할 수 있는 출발점이 될 수 있기를 희망한다.


* 글: 이춘범 한국자동차공학회 연료 및 배기부문 회장

* 출처: 한국자동차공학회 제공, 오토저널 2020년 4월호


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