1. 개요
에너지 자원으로 쓰기 위해 곡물을 발효시켜 얻는 에탄올.녹말을 가진 작물을 통한 발효로 얻는 것이기 때문에 에탄올의 순도가 높고, 연소 시 석유와 달리 이산화황이나 금속산화물등의 다른 부산물이 나오지 않는다. 시추과정에서 사고와 환경오염 문제 등이 생길 수 있는 석유에 비해 깨끗하고, 휘발유와 섞어서 사용이 가능하다. 환경문제에서 상대적으로 자유롭다는 이유로 각광받고 있기도 하다. 생산과정은 말 그대로 알코올 발효. 그러니까 술 생산과 같다.
100%만으로도 자동차의 연료로 쓸 수 있으나 배관 부식이나 섭씨 11도 이하의 추위에서 시동 불량 같은 문제들로 전용 설비로 개조한 차량만 가능하여 대부분의 국가가 물을 소량 첨가 시킨 뒤 휘발유에 섞어 혼합 연료로 사용한다.[1]
2. 분류
다양한 종류의 바이오 에탄올 연료들.
바이오 에탄올은 바이오 디젤과 마찬가지로 에탄올과 기존 화석연료의 혼합 비율에 따라 분류된다. 연료 혼합물에서 에탄올이 차지하는 비율이 n%이면 En인 식이다.
85% 바이오 에탄올은 E85,
15% 바이오 에탄올은 E15,
10% 바이오 에탄올은 E10 등.
3. 한계
3.1. 환경파괴
이산화 탄소의 절감 효과가 크지 않다. 이론적으로 식물에서 얻은 에탄올은 성장과정에 흡수한 이산화 탄소로 만들어지므로 자체적으론 '탄소중립'적으로 화석연료처럼 매장되어 있던 추가적인 이산화 탄소를 만들지 않는 것처럼 보이지만 실제로는 원료 재배와 생성 과정에서 직간접적인 온실 가스 배출이 상당한 경우도 많다. 특히 개간을 위한 산림 파괴와 농기계, 농약, 화학비료[2]등이 사용되는 옥수수 같은 곡물류 원료의 1세대 바이오 에탄올은 감축량 이상의 이산화 탄소를 내뿜는다. 그나마 2세대 목질계 원료나 3세대 해조류는 좀 더 나은 편.이런 문제점으로 유럽연합이나 미국에서 바이오 에너지로 인정하는 연료는 같은 열량의 화석 에너지에 비해 온실가스를 35% 이상 덜 방출하는 경우에 제한한다.
3.2. 낮은 생산효율
바이오 에탄올을 추출하기 위해 알코올 발효 과정을 거치는데 원료 대비 알코올 추출량이 낮다. 전분함량이 높은 1세대 곡물류 원료 조차 알코올 전환 효율이 40%대 정도이고 2세대 목질계 원료나 3세대 해조류의 경우 20% 대로 추락한다.3.3. 식량 대 연료
2006년부터 원자재 폭등과 유가 상승으로 이를 대체 하기위한 바이오 연료 붐이 일면서 미국과 여러 대규모 곡물 생산국가에서 곡물 소비량이 증가하면서 전세계적인 애그플레이션(곡물 수요 증가로 인한 가격 상승으로 촉발된 대규모 물가 상승 현상)[3][4]으로 당시 아프리카와 아시아 저소득 국가 30여개국에서 식량폭동이 발생했다. 때문에 식량 대 연료라는 논란을 불러 일으켰다.
간단하게 말하자면, 2008년 미국의 130개 바이오 에탄올 공장들이 구매한 곡물의 양은 8000만 톤이고, 79억 갤런의 바이오 에탄올을 생산했다. 이는 전세계 바이오 에탄올 생산량의 1/10이었다. 여기에 소비된 8000만톤의 곡물은 한국 기준 연간 곡물 소비량의 8배에 해당한다.
에너지 효율이 안 좋은 식량 자원이 에너지 자원으로 가용되면서 연쇄효과로 물가상승이 일어난다.
단적으로 미국의 예를 들면, 미국에서 가장 많이 사용되는 작물중 하나는 옥수수이다. 이 옥수수 가격이 2008년 기준으로 60%가 상승했다. 그런데 이 옥수수는 식용 외에도 콘시럽을 포함한 부가재료로 사용되며, 무엇보다도 가축용 사료로 들어간다. 즉, 사료용 옥수수의 생산량 감소는 옥수수 가격의 증가로 이어지고, 당연히 이것은 유제품과 육류가격 등의 상승으로 연속된다. 그리고 바이오 에탄올로 전용되는 옥수수 가격이 상승하자, 다른 작물을 재배하던 농가도 옥수수를 재배하게 된다. 단적으로 이 과정에서 미국내 콩 생산량은 15%가 감소했고, 국제 콩가격은 2배가 되었다.
이런 식의 식료품 가격 상승은 물가상승의 배경이 된다. 이 문제의 핵심은, 에너지용으로 전환된 옥수수가 식량자원으로 있을 때보다 더 낮은 가치를 생산한다는데 있다.
이 때문에 2008년 가디언 지는 국제 곡물값 상승의 75%는 바이오 연료 때문이라고 보도했다. 위에서는 투기자본의 이야기만 나왔지만, 미국내 옥수수의 1/3, 유럽내 식물성 기름의 절반이 바이오 에탄올로 전용되면서 발생한 물가 상승분은 투기 자본이 빠진다고 해도 지속될 수 밖에 없다.
물가상승, 특히 옥수수를 수입에 의존하는 한국, 일본, 멕시코[5]는 직접적인 타격을 입었다. 가격이 폭등한 식료품은 빈곤층에게 큰 타격을 입혔고, 이는 거의 동시기에 있었던 러시아의 흉작으로 인한 밀 수출 제한과 더불어 아랍의 봄의 원인 중 하나가 되었다는 분석도 있다.
4. 원료
4.1. 1세대 곡물류 원료
식물의 전분과 탄수화물을 이용하여 에탄올을 생산. 2013년 현재까지 바이오 에탄올 생산의 주류로 전세계 생산량의 90% 가까이 이 원료로 생산된다. 옥수수나 곡류, 카사바등을 사용한다.가장 큰 문제는 위에서 언급한 것처럼 재배, 생산 과정에서 환경을 파괴하고, 식량 자원을 연료로 소모한다는 것. 결국 대규모 농업 국가인 미국, 브라질, 중국 같은 나라들이 현재 주요 생산국이다.
4.2. 2세대 목질계 원료
식물의 대부분을 차지하며 식용이 아닌 목질부나 셀룰로오스를 원료로 에탄올을 생산. 볏짚이나 잡초, 관목류등 좀 더 다양한 원료를 사용 가능하고 식량 자원의 낭비가 없다. 그러나, 숲에서 나오는 부산물을 채취해 사용하는 것이기에, 빼내온 만큼 숲에 무기물을 채워줘야 하는 것과 함께, 소스가 될 어느 정도 대규모 산림이나 대규모 경작지가 필요한 것은 마찬가지이며 생산 효율이 낮아 상업적인 생산이 이제 막 시작하는 단계. 한국은 기술 개발을 하다가 2017년 GS칼텍스에서 폐목재와 폐농작물을 원료로 하는 바이오부탄올 시범공장을 준공할 예정이다.4.3. 3세대 해조류 원료
육상식물보다 빠르게 성장하는 해조류를 원료로 이용하는 방법. 육지처럼 대규모 경작지가 필요하지 않으며 해조류는 비식용 작물도 활용 가능하고, 성장 속도가 빨라 연 4~6모작을 통해 대규모 양식이 가능하며, 이산화탄소 포집량이 곡물에 비해 3~7배에 달할 정도로 많다.다만 아직 연구 단계로 실용화되려면 원료 대량수급 등의 경제성 측면에서 검토되어야 할 부분이 남아있다.
5. 한국의 현황
한국은 연간 3억리터 정도의 에탄올을 생산하나 대부분 식용이고 산업용으로는 7~8%정도만 활용된다. 2006년부터 활용되고 있는 바이오 디젤과 다르게 상대적으로 활용이 지지 부진하다.2015년에 신재생연료 의무혼합제도(Renewable Fuels Standards, RFS)가 시행 예정이나 바이오 에탄올은 원료의 상당 부분을 수입에 의존하여 휘발유의 바이오에탄올 의무 혼합을 연기하였으며 2017년 경부터 시행하여 점차 혼합 비율을 늘려갈 계획.
2013년 6월에 고흥군에서 해조류 바이오에탄올 생산 실증공장이 준공되었다. 파일럿플랜트[6]로 '꼬시래기'[7] 같은 홍조류 등을 활용하여 연 120만 리터 생산하는 규모며, 향후 실용화 되면 연간 1억 리터 규모로 시장공략규모에 해당한다. 그러나 2016년 8월 바이오 에탄올을 상용화할 수 있는 구체적인 계획과 능력이 없으면서도 2012년 2월∼2013년 11월 대우조선해양으로부터 44억원의 투자를 받은 혐의로 업체 대표가 구속 수사중이다.해당기사. 이후 해당 사업은 중단된 상태다.
2017년 GS칼텍스에서 폐목재와 폐농작물을 원료로 하는 바이오부탄올 시범공장을 준공할 예정이다. 2020년대에 휘발유에 바이오알코올을 혼합하는 정책을 고려 중이며 바이오에탄올 보다 장점이 많은 바이오부탄올을 상용화 할 가능성이 크다.
[1] 이것은 에탄올이 술로 이용되는 것을 막기 위해서이기도 하다. 연료용 에탄올에는 주세법이 적용되지 않는데 이것을 물에 타면 말 그대로 술이 되고 이렇게 되면 주세를 걷을 수 없기 때문에 이것을 방지하기 위해 일부러 순수 에탄올을 쓰지 않는다.[2] 이것도 석유를 사용해서 만든다.[3] 2008년 당시 원자재 가격 상승와 더불어 농산물 펀드로 투기 자본이 몰리면서 수개월 사이에 국제 농산물 가격이 수십% 상승했다.[4] 가장 큰 배경은, 미국 정부가 자동차연료의 10%는 바이오 에탄올을 사용해야 한다라는 법률 제정했기 때문이다. 당연히 바이오 에탄올 수요가 폭증했고, 당연히 바이오에탄올의 대표적 재료인 옥수수 가격도 따라 올랐다.[5] 멕시코는 옥수수의 원산지답게 세계적인 옥수수 생산국이지만 원산지답게 옥수수가 주식이라 소비량도 많다[6] 대규모 공장을 짓기에 앞서 기술적 경제적 가능성을 검증하는 실증공장으로 상용화 중간 단계다.[7] 꼬시래기 사용엔 한가지 걸림돌이 있는데 꼬시래기가 식용으로 사용되면서 가격이 만만치 않으며, 인터넷에선 2kg에 5,000원 이상을 하는곳도 있다.