중국에 전기차 주도권을 빼앗긴 유럽 자동차 업계가 내연기관 차량을 만드는 시대를 조금이라도 연장시키기 위해 합성연료 eFuel 보급에 사활을 걸고 있습니다. 전기차 전환 늦어지자 유럽 자동차 업계의 끈질긴 요구를 받아들인 EU 집행위원회는 지난 3월 2035년부터 내연기관을 장착한 신차에 대한 판매 금지 방안을 통과시킬 때 ‘eFuel을 사용한 내연기관 차량은 금지 대상에서 제외한다’는 예외 조항을 넣었으며, 이는 2035년 이후에 가솔린 또는 디젤을 넣으면 시동이 걸리지 않지만, eFuel을 연료로 사용하면 주행이 가능한 내연기관 차량은 만들 수 있게 됐다는 의미입니다. EU 결정을 계기로 eFuel에 대한 관심은 점점 커지는 중이며, 오늘은 eFuel이란 무엇이고, 어떻게 생산되는지, 장단점은 무엇인지, 그리고 그린수소와 이산화탄소 포집 기술과의 관련성은 무엇인지에 대해 설명해 드리겠습니다. eFuel은 탄소중립을 위한 친환경 연료로서 많은 관심을 받고 있는 주제입니다. 이 글을 통해 eFuel에 대한 전문적인 지식을 얻으시길 바랍니다.
eFuel 소개
eFuel은 전기기반 연료(Electricity-based fuel)의 약자로, 재생에너지를 이용해 수소와 이산화탄소를 합성하여 만든 친환경 연료입니다. eFuel은 내연기관 차량의 가솔린이나 디젤을 대체할 수 있으며, 탄소중립을 위한 연료로 주목받고 있습니다. eFuel의 종류에는 e-메탄올, e-가솔린, e-디젤, e-키로신 등이 있습니다.
eFuel 생산방법
eFuel을 생산하는 과정은 다음과 같습니다.
- 재생에너지로 전기를 생산합니다. 예를 들어, 풍력, 태양광, 수력 등을 이용할 수 있습니다.
- 전기를 이용해 물을 전기분해하여 수소와 산소를 분리합니다. 이때 얻은 수소가 그린수소입니다.
- 그린수소와 이산화탄소를 합성하여 eFuel을 만듭니다. 이산화탄소는 대기나 바이오매스 등에서 포집할 수 있습니다. eFuel의 종류에 따라 합성 방법이 다르며, e-메탄올, e-가솔린, e-디젤, e-키로신 등이 있습니다.
eFuel의 장단점
eFuel의 장점은 다음과 같습니다.
- 기존의 연료 인프라를 그대로 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 내연기관 차량이나 항공기 등에 적용할 수 있습니다.
- 연료의 품질이 높아 엔진의 성능과 수명을 향상시킬 수 있습니다.
- 탄소중립을 달성할 수 있습니다. 재생에너지와 포집된 이산화탄소를 사용하기 때문에 탄소 순환 과정에서 추가적인 탄소 배출이 없습니다.
eFuel의 단점은 다음과 같습니다.
- 생산 과정에서 많은 전력이 필요합니다. 예를 들어, 1리터의 e-가솔린을 만들기 위해서는 약 17 kWh의 전력이 필요합니다.
- 연료의 가격이 비싸다는 점입니다. 현재 eFuel의 가격은 1리터당 약 2유로 정도로, 기존의 가솔린보다 약 4배 정도 비싼 것으로 추정됩니다.
그린수소 생성방법
그린수소는 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수소로, 탄소 배출이 없는 친환경 연료입니다. 그린수소를 생산하기 위해서는 수전해 기술이 필요합니다. 수전해 기술이란, 물을 전기분해하여 분리막으로 이온을 이동시킴으로써 수소와 산소를 생성하는 전기화학적 기술을 뜻합니다. 수전해 기술에는 AEC, PEM, AEM, SOEC 등의 종류가 있으며, 각각 장단점이 있습니다.
- AEC (Alkaline Electrolysis Cell)은 알칼리성 물질인 KOH를 전해질로 사용하고 분리막을 통해 음이온을 이동시키는 기술입니다. AEC는 가장 오래된 기술로 설비 투자 비용이 낮고 안정적입니다. 하지만, 수소 생산성이 낮고 설비 크기가 크며, 재생에너지와 연계할 때 전력 변동성에 대응하기 어렵습니다.
- PEM (Proton Exchange Membrane Electrolysis Cell)은 전해질 없이 순수한 물을 전기분해하여 분리막을 통해 양이온을 이동시키는 기술입니다. PEM은 최근 재생에너지와 연계한 수소 생산기술로 주목받고 있습니다. PEM은 수소 생산성이 높고 재생에너지와 연계할 때 변동성에 대응이 용이하며 설비 소형화가 가능합니다. 단점은 비싼 귀금속 촉매와 T-biolar를 사용하기 때문에 설비 투자 비용이 높습니다.
- AEM (Anion Exchange Membrane Electrolysis Cell)은 AEC와 마찬가지로 알칼리성 물질인 KOH를 전해질로 사용하고 분리막을 통해 음이온을 이동시키는 기술입니다. AEM은 AEC와 PEM의 장점을 모두 갖고 있는 차세대 기술로 평가받습니다. AEM은 저가의 촉매를 사용하고 수소 생산성과 전력 변동성에 대한 대응, 설비 투자비 측면에서 장점을 갖고 있습니다. 단점은 촉매와 음이온 교환막의 성능과 신뢰도가 낮으며, 촉매·전극의 활성과 내구성이 저하됩니다.
- SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell)은 고온에서 고체 산화물을 분리막으로 사용하여 물이나 이산화탄소를 전기분해하는 기술입니다. SOEC는 수소뿐만 아니라 합성가스와 같은 다양한 연료를 생산할 수 있으며, 고효율과 고순도의 수소를 얻을 수 있습니다. 단점은 고온에서 작동하기 때문에 재료의 내구성과 안정성이 떨어지고, 설비 투자 비용이 높습니다.
이산화탄소 포집 방법
이산화탄소 포집 방법은 크게 세 가지로 나눌 수 있습니다.
- 연소 전 포집 (Pre-Combustion Capture) : 이 방법은 가스화와 같은 공정을 통해 연료를 수소와 이산화탄소 혼합물로 변환시켜 이산화탄소를 분리합니다. 이 방법은 주로 석탄이나 바이오매스와 같은 고탄소 연료를 사용하는 발전소나 산업에서 적용됩니다.
- 연소 후 포집 (Post-Combustion Capture) : 연소 과정에서 배출되는 배기가스의 이산화탄소를 적절한 용매에 포집합니다. 포집된 이산화탄소는 후에 용매에서 분리되어 운반 및 보관을 위해 압축됩니다. 이 방법은 기존의 발전소나 산업에도 쉽게 적용할 수 있습니다.
- 산소 연료 연소 (Oxy-Fuel Combustion) : 먼저 공기에서 산소를 분리하는 공정이 필요합니다. 분리된 산소는 희석된 연도 가스와 함께 연료 연소에 이용되는데, 이 과정을 통해 이산화탄소를 쉽게 정제할 수 있게 됩니다. 이 방법은 주로 석탄이나 가스화학 공장에서 사용됩니다.
이산화탄소 포집 방법은 탄소중립을 달성하기 위해 온실가스 중 하나인 이산화탄소를 대기나 배출원으로부터 분리하고, 안전하게 저장하거나 재활용하는 기술입니다. 이산화탄소 포집 기술은 1970년대부터 연구되기 시작했으며, 1990년대 중반부터 발전소 배가스에서 이산화탄소를 포집하는 실험을 진행했습니다. 2000년대 초반에는 국내에서도 LNG 발전 배가스에서 이산화탄소를 포집하는 0.1MW급 포집설비를 건설했습니다.
결론
eFuel은 재생에너지와 그린수소, 이산화탄소 포집 기술을 결합하여 만든 전기기반 연료입니다. eFuel은 기존의 내연기관 차량이나 항공기 등에 사용할 수 있는 친환경 연료로서, 탄소중립을 위한 해결책으로 각광받고 있습니다. eFuel의 발전을 위해서는 재생에너지와 그린수소, 이산화탄소 포집 기술의 효율과 경제성을 높이는 것이 필요하겠습니다. 이상으로 블로그 글을 마칩니다. 감사합니다.
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