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신재생 에너지 정책이 활발한 가운데, 현재는 내연기관차의 전기차로의 패러다임 전환이 가장 화두가 되고 있습니다. 하지만 과연 모든 내연기관차가 전기차로 대체될까요? 이차전지 외에도 수소연료, 그리고 최근 재조명 되고 있는 이퓨얼 (E-fuel) 등 다양한 신재생에너지와 함께 서서히 전환될 것으로 예상됩니다. 이퓨얼 산업은 아직 매우 초기 시장이지만, 해당 산업에 대한 개념과 방향성 정도만 알고 있더라도 추후 투자 아이디어를 연관짓기에 좋은 밑거름이 될 것입니다. 이퓨얼 산업 분석은 총 6 단계로 진행할 예정입니다.
이퓨얼(e-Fuel) 산업 분석 목차
(1) 이퓨얼(e-Fuel)이란 무엇인가? (그린수소 + 탄소자원)
(2) 그린 수소, 탄소 중립을 위한 핵심 기술
(3) CCUS, Net Zero 과정의 필수 기술
(4) 글로벌 e-Fuel 업체 동향
(5) CCUS, 정책과 기업들
(6) 이퓨얼 산업에 뛰어든 기업은 어디인가?
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E-Fuel(이퓨얼) 이란 무엇인가?
e-Fuel이란 Electro fuel의 줄임말로, 물을 전기분해하여 얻은 수소에 이산화탄소, 질소 등을 합성하여 만든 합성 연료를 뜻합니다. 이퓨얼은 그린 수소와 탄소 자원으로 제조한 재생 합성연료로써 온실가스 배출 또는 탄소 발자국을 생성하지 않고, 이는 수송 분야에서 탄소 중립 실현 수단으로 주목받고 있습니다.
*탄소중립연료란 순온실가스 배출 또는 탄소 발자국을 생성하지 않는 연료를 총칭함
100년 전부터 존재하던 합성연료는 일산화탄소와 촉매 반응을 이용해 액체 탄화수소를 합성하는 과정을 거쳐 제조되었으며, 제2차 세계대전 당시 석유 생산 및 보급이 어려웠던 독일군이 적극 활용한 연료 중 하나입니다.
e-fuel은 과거 합성 연료 제조공정을 활용하고 있지만(합성가스, CO2 + H2) 합성연료 제조에 투입될 원재료를 기존의 석탄 및 천연가스가 아닌, 신재생에너지로 조달해온다는 점에서 차별화되고 있습니다. 현재 각광받고 있는 전기차로의 전환은 전기를 이용한 전동화 방식이라면, E-Fuel은 기존 내연기관 차량에 투입할 연료를 변화시킨다는 점에서 차이가 있습니다.
e-Fuel의 제조 과정
이퓨얼의 제조 과정은 크게 3 단계로 분류됩니다.
신재생에너지를 이용한 그린 수소 생산
CO2(이산화탄소) 포집 기술
그린수소 + CO2 결합 및 합성 -> e-Fuel 생산
이퓨얼 생산을 위해 추가적으로 MTG공정, FT공 등 고도화된 공정 기술이 필요하지만 구체적인 내용 보다는 이번 시간에는 크게 위 3단계 정도를 통해 이퓨얼이 생산된다고 이해하고 넘어가겠습니다.
e-Fuel(이퓨얼)의 장점 및 단점
친환경 시대에서 전기차에 이어 차세대 연료로 각광받고 있는 이퓨얼의 장점과 단점은 무엇이 있을까요?
e-Fuel의 장점
1) e-Fuel 활용을 통해 탄소 중립을 달성할 수 있다. 이퓨얼의 경우 연소 과정에서 이산화탄소를 배출하지만, 앞서 언급한대로 신재생 에너지로부터 합성연료 제조에 들어갈 원재료를 조달하며 이 과정에서 이산화탄소를 활용하므로 폐쇄형 탄소 사이클을 구현 가능하다는 점입니다. 즉, 연료 생성을 위해 포집한 이산화탄소를 다시 사용하기 때문에 탄소 중립이 가능해집니다.
2) e-Fuel을 사용할 경우, 기존 인프라를 그대로 활용 가능합니다. 내연기관에서 전기차로 전환되며 배터리 공급망, 전기차 충전 시설 등 새로운 인프라 투자가 수반되어야만 합니다. 하지만 이퓨얼을 사용할 경우 기존 인프라를 그대로 적용 가능하며, 탄소중립적이기 때문에 사회적 비용 지출을 감소시킬 수 있습니다.
3) e-Fuel은 에너지 캐리어 역할도 수행할 수 있습니다. 수소가 대표적인 에너지 캐리어로 꼽히고 있지만, 기체 상태의 수소는 보관 및 수송이 어렵기 때문에 액화 과정을 거쳐야합니다. 하지만 e-Fuel은 보관 및 수송이 용이하다는 점에서 에너지 유통 및 넓은 범위의 공급이 가능합니다.
*에너지 캐리어란 별도로 에너지를 저장 및 추후 활용하는 매개체를 의미함
e-Fuel의 단점
1) 낮은 에너지 효율 때문에 다양한 장점에도 불구하고 상용화가 되지 않고 있습니다. 이퓨얼 제조에 사용되는 수소는 신재생에너지를 기반으로 물을 전기 분해하여 생산해낸 그린 수소입니다. 해당 기술은 아직 충분히 상용화되지 않아 제조 과정에서 에너지 손실이 많습니다. 석유 대비 전기차는 77%의 효율, 수소전기차는 30%의 효율, 이퓨얼은 현재 13% 정도의 에너지효율밖에 보여주지 못합니다.
2) 높은 원가 부담입니다. 그린 수소의 경우 수전해 설비 가격이 매우 비싸며, 이퓨얼 원가 구성의 60% 이상이 그린 수소 생산에 해당됩니다. 따라서 향후 이퓨얼의 경제성은 그린 수소 생산원가 개선 가능을 살펴봐야합니다.
e-Fuel vs 전기차, 사회적 비용 측면은?
기술 개발이 충분히 이뤄지지 않은 이퓨얼의 경우 상대적으로 높은 원가의 단점이 있지만, 모빌리티 관점에서 소요될 비용에는 인프라와 같은 사회적 비용도 함께 고려해야 할 필요가 있습니다.
이퓨열과 같은 연료는 연료 생산을 위한 설비 투자 비용만 소요되며, 새로운 인프라를 구축할 필요가 없기 때문에 사회적 비용 측면에서 경쟁력을 가질 수 있습니다.
자동차 시장에서 내연기관을 100% e-Fuel로 대체하게 될 경우, 총 5.5조 달러의 투자비가 필요할 것으로 추정되며 해당 비용에는 e-fuel 생산설비(수전해, 탄소포집, 합성공정) 외 별도의 인프라 투자비는 0에 수렴할 전망입니다.
전기차의 경우 인프라 투자에 들어가는 비용이 많습니다. 배터리 생산능력 구축, 전력망 확충, EV 충전설비 시설 등 새롭게 투입되어야 하는 사회적 비용이 막심하며, 이퓨얼과 비교했을 때 약 37% 이상의 추가적인 비용이 소요될 것으로 전망됩니다.
현재 전기차가 내연기관 차량을 대체할 유력한 대안으로 성장중입니다. 하지만 그린 수소의 생산 단가가 하락하게 되면 이퓨얼 시장도 일정 부분 경쟁력을 가질 것이라 예측됩니다.
이번 시간에는 향후 대체 원료로 사용될 이퓨얼의 개념과 제조 과정, 장단점에 대해 알아보았습니다. 다음 포스팅에서는 이퓨얼의 제조에 필요한 그린 수소에 대해 조금 더 구체적으로 살펴보겠습니다.
