[전문가 기고] 표준화로 실현하는 바이오항공유 상용화

[에너지신문] 항공기 운항을 위해서는 많은 양의 에너지가 필요한데 지금은 주로 화석 연료인 항공유를 사용하고 있다. 

특히 항공유는 다른 에너지원에 비해 고에너지 화합물이기 때문에 전기화나 수소화로의 에너지 전환은 매우 어렵다. 

예를 들면 보잉 B-747의 최대이륙중량은 333톤인데 143톤이 연료 중량으로 약 40% 정도의 연료를 싣게 되는데 에너지 밀도가 낮은 배터리 등을 사용하게 되면 더 많은 양이 필요하게 돼 타 에너지원으로의 대체는 현실성이 없다. 

특히 장거리 운항에 있어서 바이오매스와 포집된 이산화탄소로부터 제조된 바이오항공유와 재생합성항공유인 지속가능항공유(SAF, Sustainable Aviation Fuel)의 활용은 필수적이며 Net Zero 2050 달성을 위해서는 SAF가 전체 항공분야 온실가스 감축수단 중 70% 이상 차지할 것으로 공격적인 전망을 하고 있다.

국제항공산업계에서는 화석연료를 사용하면서 배출되는 온실가스에 대한 감축 목표와 이행 수단으로 국제민간항공기구(ICAO, International Civil Aviation Organization) 제37차 총회(2010년)에서 2020년 이후 부터는 탄소배출량을 증가시키지 않는 온실가스 감축목표(CNG2020, Carbon Neutral Growth from 2020)와 함께 연비개선을 매년 2% 달성한다는 목표를 선언했다.

온실가스는 2019년 전세계 CO2,eq 배출량이 497억 6000톤으로 이 가운데 화석연료 사용에 의한 전체 배출량은 371억톤이며 항공 및 수송 분야 CO2,eq 배출량은 13억 1000톤인데 직접 화석연료 사용에 따른 항공분야 CO2 배출량은 9억 1000톤에 해당돼 항공분야 온실가스 배출량은 전세계 배출양의 약 2.6%이다.

항공업계에서는 발생하는 온실가스 배출량을 저감하기 위한 수단으로서의 항공기 제작 및 운항 기술에는 한계가 있음을 인정하고 온실가스 감축목표를 달성하기 위한 수단으로서 연료 및 시장기반 조치를 활용하고 있다.

ICAO의 제39차 총회(2016) 결의문에 따라 회원국 항공사는 국제선 운항에 따른 온실가스 배출량에 대해 시장기반 조치로서 항공사의 온실가스 감축 노력 및 초과분에 대해 상쇄하는 제도를 시행하고 있다. 

국제항공탄소상쇄감축제도(CORSIA, Carbon Offsetting & Reduction Scheme for International Aviation)는 항공산업의 온실가스 감축 한계를 보완하기 위해 타 분야에서 발생한 온실가스 감축 실적을 목표 달성에 활용하도록 설계된 국제항공 온실가스 감축을 위한 시장기반 제도이다.

이에 항공사는 자신의 탄소배출량을 산정 및 검증해 보고(MRV, Monitoring, Reporting and Verification)하고 ICAO는 상쇄의무량을 국가에 통보하며 국가는 항공사에게 상쇄의무량을 제시하는 메커니즘으로 이때 항공사가 이행해야 하는 CORSIA 상쇄의무량은 기준배출량과 항공부문의 성장률을 반영해 산정하고 항공사는 SAF 사용에 따른 온실가스 감축량을 제외한 나머지에 대해서 상쇄배출권 구매가 필요하다.

한편 제77차 국제항공운송협회(IATA, International Air Transport Association) 총회(2021)에서는 2050 NetZero를 선언하고 민간항공기구 ICAO보다 빠르고 도전적인 목표를 제시했다. 

즉, SAF의 상업적 생산과 확산을 효율적으로 하기 위한 정책을 개발하고 다양한 지원 인센티브를 발굴하며 국제적인 지속가능성 표준을 채택해 지상 수송 수단보다 높은 인센티브 적용을 권고하고 사용자 친화적인 SAF 회계 처리방식을 장려하며 SAF 연구개발 및 실증을 지원하고 SAF 생산 및 공급을 위한 공공-민간 파트너쉽 참여를 유도하는 정책을 수립했다. 

SAF 생산 기술은 재생가능한 원료 및 생산기술 경로에 따라 여러 방식이 제시되고 있지만 상용화된 기술중 편의상 HEFA 기반, 알콜 기반 및 FT 기반 SAF 등으로 구분할 수 있으며 현재 상업적으로 가장 많이 사용하는 기술은 동·식물성 유지 등을 원료를 수소첨가반응 공정인 HEFA (Hydro-processes Esters and Fatty Acids) 방식으로 화석 연료 대비 탄소 배출량 80% 저감 효과가 있으나 일반 항공유 보다 3~5배 비싸고 공급량 또한 제한적이다.

따라서, SAF의 보급 확대를 위해서는 지속가능한 원료를 발굴, 생산단가를 낮추는 기술개발이 요구되고 있다.

산업동향으로 항공업계는 2011년부터 SAF를 사용하고 있으며 현재 45만편 이상의 상업용 항공편이 SAF를 사용해 운항했고 2030년까지 그 수요가 급속하게 늘어날 것으로 전망하고 있다. 

SAF 산업은 본격 생산하기 시작한 2019년부터 생산량이 많이 증가했고 많은 기술 적용과 관련 기업이 시장으로 진입함에 따라 규모가 기하급수적으로 성장할 것으로 예상된다. 

그러나 기존의 항공유를 대체하기 위한 상업적 물량은 여전히 부족하며 유럽을 중심(세계 시장의 56.2%)으로 SAF 소비가 증가하고 있다.

국내 기업동향으로는 대한항공, 아시아나항공, 이스타항공, 에어부산, 제주항공, 진에어, 티웨이항공, 에어서울, 에어인천 등 9개 항공사가 탄소상쇄감축제도(CORSIA)에 참여하고 있다. 

현대오일뱅크가 2021년 5월 차세대 화이트 바이오 사업의 구체적인 로드맵을 발표하고 로드맵 2단계로 수소화식물성오일(HVO)를 활용해 SAF를 생산하고 글로벌 시장을 공략하겠다는 목표를 설정하고 2021년 6월에는 대한항공과 SAF 제조 및 사용 기반 조성 협력을 위한 업무 협약을 체결했다.

SK이노베이션은 ‘2022년 넷제로 특별 보고서’를 통해 ‘비욘드 넷제로’ 전략의 일환으로 폐식용유(UCO, Used Cooking Oil) 등 바이오 원료로 생산한 친환경 항공유를 비롯한 친환경·저탄소 비지니스를 추진하고 있다. 

GS칼텍스는 대한항공과 국내 최초로 바이오항공유 실증사업을 진행하고 있으며 기존 사업의 탄소감축과 수소, 폐플라스틱 순환경제 등 저탄소 신사업을 본격화하는 그린 트랜스포메이션(Green Transformation)에 집중하고 있다. 

그 중에서도 화이트 바이오 생태계 구축을 위해 바이오디젤, 바이오선박유, 바이오항공유, 바이오케미컬 등 바이오 사업 전반에 대한 밸류체인(Value chain) 구축을 위해 노력하고 있다.

산업통상자원부는 ‘바이오경제 2.0 추진 방향’을 발표(2023.7.19) 하고 기존 의약품 중심의 ‘바이오 경제 1.0’을 넘어 바이오 신소재, 바이오에너지, 디지털 바이오 등 바이오 신산업의 본격 육성을 위한 추진 방향을 발표했다. 

특히 바이오에너지 분야는 친환경 바이오에너지를 상용화해 나갈 예정인데 이를 위해 우선 석유정제업자의 바이오제품 생산을 위한 석유 및 석유대체연료 사업법 개정을 추진하고 바이오에너지의 사용처 확대에 따른 품질의 신뢰성 확보 등을 위한 국가 및 국제 표준개발 등 제도를 정비해 나갈 계획이다.

아울러 안정적인 바이오에너지 원료 확보를 위해 국내외 현황조사 및 업계지원방안을 마련하고 차세대 바이오연료 기술개발 예비타당성 조사도 추진할 계획이다.

우리 국가기술표준원에서는 친환경 바이오연료의 표준기반 조성과 표준개발을 지원하기 위한 ‘바이오연료 보급 활성화를 위한 표준기반 조성 사업’을 추진하고 있다.

기존 수송용 바이오연료를 항공, 해운 분야로 사용처를 확대하고 차세대바이오연료 도입을 위한 국가 및 국제표준 개발을 추진해 글로벌 대응 기반을 마련하고자 한다. 이를 위해 표준화 협의체인 ‘바이오연료표준화포럼’을 구성 운영하고 있다(2023.7.20). 

포럼에는 산학연관의 유기적인 연계를 통한 시너지를 창출하기 위해 각계 전문가 40명으로 구성돼 있으며 표준개발 검토와 분야별 표준개발 아이템 발굴 및 표준화 로드맵 수립 등을 주요 기능으로 하고 있다. 

따라서 실증사업과 R&D를 연계한 효과적인 운영을 통한 표준화로 성공적인 바이오항공유 상용화를 실현하고자 한다.