메탄올이 친환경 연료로 주목받는 이유

WASTE TO CHEMICALS TECHNOLOGIES(출처 : METHANOL INSTITUTE.ORG)

메탄올 선박의 국내 수주 소식

최근에 각종 뉴스를 통해 우리 나라의 대표 조선사인 한국조선해양에서 세계최대의 선사인 머스크로 부터 1조6천여억원 상당이 컨테이너 선박 수주 소식이 들려왔다. 언론보도에 따르면, 한국 조선해양은 지난 2021년 6월에 머스크로부터 2천100TEU급 메탄올 추진 소형 컨테이선 수주를 받았는데, 이번에는 1만6천TEU급으로 중형급으로 선박크기의 규모가 커졌을 뿐만 아니라, 건조 척수도 8척에 추가 옵션 4척도 포함되어 있다고 알려졌다. 머스크는 이번에 발주한 선박은 오는 2024년에 인도될 예정으로 노후선박과 교체될 예정인데, 선박교체를 통해 연간 이산화탄소 배출을 100만톤 가량 저감할 수 있을 것이라고 밝혔다고 한다.
https://www.mk.co.kr/news/business/view/2021/08/818527/

한국조선해양, 메탄올 추진 컨선 8척 수주…친환경선박 선도

국제해사기구인 IMO의 보고서에 따르면, 연간 약 9억4천만톤의 이산화탄소가 해운산업으로부터 배출되고 있으며, 이 양은 전 세계 온실가스 배출량의 약 2.5%에 해당된다고 한다.
IMO는 현재 2050년까지 탄소 절대 배출량을 0으로 맞춰야 하는 것으로 의무화하고 있으며, 이를 위해 2030년까지 세계 해운 산업의 연비 효율을 40% 증가 시키는 것을 강제하고 있다.
이에 세계 최대 선사인 머스크의 경우, 주요 상위 화주들을 대상으로 조사한 결과, 절반에 가까운 화자둘이 운송비용이 늘어나더라도 탄소 감축을 추진하는 선사를 선택할 의향이 있다고 밝혔으며, 이에 올해 초, 2023년까지 해운선사 최초의 탄소제로 컨테이너선을 배치할 것이라고 밝혔으며, 메탄올 추진연료 선박의 발주는 머스크사의 탄소저감 사업전략의 시작이라고 볼 수 있다.

 

 

 메탄올의 성질

메탄올에 대해 언급하기 앞서, 기존의 선박연료로 사용되는 벙커유라고도 불리는 중유에 대해서 알아보자면,

"중요는 석유 원유의 30~50%를 차지하고 있는 물질로, 아래 그림과  아스팔트와 윤활유와 함께 원유의 분별증류 과정에서 가장 마지막까지 남는 물질로, 중유 속에서는 탄화수소는 물론 황이나 질소등의 불순물들이 남아있다. 이렇게 정제가 안된 물질이다보니, 상대적으로 가격이 저렴하여 경제적으로 대량소비가 일어날 수 밖에 없는 선박이나 화력발전소의 주 원료가 되었다." (자료 출처 : GS칼텍스 홈페이지) 

 

분별증류로 얻는 석유제품(출처 : 위키미디어)

 

이러한 중유의 탄화수소와 불순물로 인하여, 중유가 연소될 때 막대한 온실가스와 질산화물(NOx), 황산화물(SOx)등이 배출된다는 문제제기가 줄곧 이어져왔으며, 특히 해양에서의 선박사고로 인해, 중유가 유출될시 바닷물에 유막이 생성되어 해양 오염은 물론이거니와 인근 해양 생태계에 피해를 입히곤 하였다.

 

메탄올은 1661년 로버트 보일이라는 화학자에 의해 최초로 발견되었으며 무색투명하며, 수용성(물에 녹는성질) 물질로써 1900년대 초반만 하더라도 나무로부터 추출했기 때문에 나무 알콜(Wood Alcohol)이라 불리기도 하였다. 메탄올은 주로 화학 물질 제조용 원료 및 특수 차량용 연료로 사용되는데, 주로 살충제나 살균제의 원료가 되는 포름알데하이드로 제조되어 소비되거나, 잉크나 수지, 접착제 및 염료용 산업용도로도 사용된다.

 

 

 

메탄올의 생산방식

메탄올을 생산하는 방법은 대체로 크게 2가지 방법으로 구분할 수 있는데,

1. 천연가스,석탄,석유와 같인 메탄수소계로부터 SRM(Steam Reforming of Methane)과 CDR(Carbon Dioxide Reforming), 즉 메탄가스 증기 개질을 통해 메탄으로 변환한 후, 이산화탄소 개질단계에서 일산화탄소와 수소화반응을 거쳐서 메탄올로 합성시킨다.

 

2.  바이오메탄올이라고도 불리는 바이오매스의 메탄발효 효과를 통해서 얻을 수 있는데, 중온조건에서 유기물이 가수분해(복합유기물질(탄수화물,지방,단백질 등)이 단순유기물질(포도당,지방산,아미노산)으로 전환이 되는 것), 산생성(단순유기물질이 다양한 유기산으로 전환이 되는 것), 초산생성(다양한 유기산이 초산과 수소로 전환이 된는 것) 및 메탄생성이 혐기성 분해과정을 거치면서 최종적으로 바이오메탄이 얻어지게 되고, 이를 고온,고압의 조건에서 가스화 과정을 통해 바이오메탄올로 합성하여 생산할 수 있다. 

 

 

메탄올의 상대적 친환경적 특성

메탄올이 기존의 선박용 연료에 비해 가지는 장점은 아래와 같이 정리할 수 있다.

 

1. 함유량이 적은 황산화물, 질소산화물

 기존의 선박용 연료인 중유에 비해 메탄올은 이산화탄소 배출량을 최대 95% 줄이고, 황산화물과 질소화물, 그리고 미세먼지의 배출량이 획기적으로 줄어든다. 질소산화물의 경우는 기존 연료에 비해 최대 80% 가까이 줄어들어, IMO에서 규제하는 질소산화물 배출 Tier III기준보다 적은 양을 배출되며, 황산화물의 경우는, 앞에서 언급했듯이, 메탄올의 화학 구조상(CH3OH) 거의 배출되지 않는다.

 

 

또한 위의 표와 같이 메탄올의 화학식은 CH3OH로 여타 메탄,프로판,가솔린에 비해서 탄소의 비율이 낮은 편인데 빨간 박스안의 'CHO content'상에서 보듯이 메탄올의 주요 구성성분인 탄소,수소,산소에서 탄소의 함유율은 37.5%로 가장 낮은 비율을 보이고 있다. 

 

 

2. 메탄의 수용성으로 인한 해양오염 방지

 기존의 선박연료는 해양으로의 유출시, 바다오염은 물론 관련 생태계에도 악영향을 끼치는데 반해, 메탄올은 물에서 생분해되어 용해되는 화학적 성질을 갖고 있기 때문에 선박사고로 인해 연료 유출이 일어나더라도 바다에서 2~3일안에 분해되어 해양 생태계에 유해를 가하지 않고 사라지게 된다.

 

 

3. 타 친환경 에너지에 비해 유리한 저장기술

선박연료는 특성상 한번에 많은 양을 주입해야하기 때문에, 원활한 저장 및 공급방법이 필수적이다. 현재 저탄소배출 선박원료로 선호되는 LNG의 경우, 현재 TTS, PTS, STS, PTT등의 여러 방법으로의 벙커링의 방법들이 개발되었으며, 일부 상업화가 되었으나, 이러한 벙커링 시스템을 구축하는데 있어, 막대한 자본이 투입된다는 점이다. 그러나 메탄올은 상온에서도 안정된 액체상태를 유지하기 때문에 기존의 선박연료인 경유나 벙커유의 저장시스템에 약간의 개조를 통해 사용가능하기 때문에 시간적,비용적 측면에서 기타 친환경 에너지에 비해 보관,수송에 장점을 가진다.

 

 

 

 

4. 배출된 이산화탄소를 업싸이클링으로 생산될 수 있는 메탄올 제조기술의 발전

현재 탄소중립 정책에서 가장 걸림돌이 되고 있는 부분은 바로 '탄소포집'비용이다. 일간지 보도에 의하면 현재 탄소포집 비용은 이산화탄소 1톤당 약 $70달러 수준인데, 탄소포집기술의 고도화 및 포집된 탄소의 활용저변확대를 통해 이를 2050년까지 톤당 $20달러 수준까지 낮추는 것을 목표로 하고 있다. 

이산화탄소를 재활용하는 방안으로 이산화탄소의 광물전환, 화학전환, 생물전환 등의 여러 가지 방안이 있는데

이중 이산화탄소의 화학전환에서는 주로 포집된 이산화탄소를 개질반응을 통하여 합성가스로 전환한 후, 수소화반응을 통해 기존 석유화학분야를 통해 얻을 수 있는 메탄올, 에틸렌글리콜, 폴리우레탄, 올레핀등을 생산하는 방안이 거론되고 있다.

이산화탄소의 화학전환 기술 예(출처 : 이산화탄소 포집및 활용 기술혁신 로드맵 자료)

 

 이산화탄소의 개질과 수소화반응을 통해 메탄올을 생산하는 이산화탄소의 화학전환은 국내에서도 한국화학연구원과 현대오일뱅크가 이미 2015년부터 하루 10톤 규모의 메탄올을 생산하는 실증단계를 거쳤으며, 2030년부터는 본격 상업화 단계로 들어설계획인데, 이러한 포집된 이산화탄소의 재활용이 가능하게 된 것은 고유가시대에 탄화수소계열 물질을 얻기 위해 개발되었던 GTL(Gas to Liquid)이라고 불리는 개질기술이 점차 발전하면서 개질효율이 이전보다 높아졌기 때문이다.

 

GTL에 관한 내용은 아래 글을 통해 확인가능 함.

2021.08.25 - [투자 아이디어 에너지] - 탄소의 자원화와 수소경제

탄소의 자원화와 수소경제

 

 

 더불어 앞에서도 짧게나마 서술한 음식물쓰레기나 플라스틱등과 같은 유기성폐기물을 혐기화 환경에서 배출되는 이산화탄소나 메탄등을 메탄자화균을 이용하여 이를 메탄올혹은 바이오매스로 전환시킬 수 있는 기술들도 일부는 국내에서 개발완료 되었으며, 이를 규모화, 효율화하여 상업성을 가질 수 있게끔 공정기술을 개발 중에 있다.

http://www.ecotiger.co.kr/news/articleView.html?idxno=32838

대표적 온실가스 ‘메탄’ 먹는 ‘세균’ 발견 - 에코타임스

 

 

이산화탄소 생물전환 기술 (출처 : 이산화탄소 포집및 활용 기술혁신 로드맵 자료)

 

 

 탄소기반의 에너지 사용 문제와 온실가스로 인한 기후변화를 촉발시키는 환경 문제가 겹쳐지면서 대체 연료 또는 대체원료에 대한 논의가 그 어느때보다 활발한 시기이다. 탈탄소화를 서로가 원하고 있지만, 탄소를 기반한 에너지원을 한번에 대체할 수 있는 기술과 인프라가 아직은 부족하기 때문에 석유와 천연가스등의 탄소경제의 영향력은 유지될 수 밖에 없겠으나, 탄소중립이 국제적 화두가 되고 있는 이 시기에 메탄올이라는 원료는 인류경제의 핵심인 탄소경제와 탈탄소경제 사이에서 저탄소경제, 탄소재활용이라는 명제로써 브릿지 에너지로써 주목받을 가능성이 점차 높아지고 있다.

 

 

(본 게시글은 작성시점의 내용을 근거로 쓰였습니다. 부족한 제 주관적인 의견이 포함되어있음을 알립니다. )