-지구온난화 방지 대체연료로 `부상-'

‘21세기는 환경시대’ 세계적인 환경규제가 급속도로 강화되고 있다.
환경 친화적인 에너지원 개발은 이제 전 세계적인 추세로 여러 나라에서 신 에너지 기술개발에 관한 중·장기적인 계획을 세워 추진중에 있다. 신 에너지기술 개발 시스템 기술 향상, 배출가스 제어기술향상, 청정에너지 변환 등 환경친화적인 시스템 개발에 초점을 이루고 있다.
그 중에서도 청정에너지인 천연가스를 활용한 전환기술이 21세기 신연료 에너지개발로서의 가능성이 높이 평가되고 있고 이중 하나가 DME(디메틸에테르: Dimethy Ether)이다.
천연가스로부터 제조한 DME는 최근 수송에너지로서 각광을 받고 있는데 연료로서 천연가스의 물리·화학적 단점을 대부분 보완할 수 있는 특성을 갖추고 있어서 중요한 차세대 연료로서 주목받고 있다.
특히 수송 연료의 관점에서 DME 활용은 기존의 가솔린과 디젤연료에 비해 질소산화물과 미탄화수소의 배출가스가 현저히 낮게 배출되어 새로운 ULEV(Ultra Low Emission Vehicle)의 환경 규제치를 만족할 수 있기 때문에 청정 에너지원 중 하나로 거론되고 있다.
DME는 그동안의 경제성 측면에서 등한시 해 왔던 소규모의 가스전으로 경제성이 없는 가스전을 다른 에너지와 비교할 때 경쟁력이 뒤지지 않는 연료로 전환이 가능케 했다. 즉 일정규모 이상의 경제성 있는 대규모 천연가스전에서 파이프라인이나 액화천연가스로 시장으로 수송되는 천연가스는 액화, 수송 및 재기화 등의 복잡한 공정을 통해 사용되었으며 이러한 과정에서 과다한 에너지가 소비되었다.
그러나 천연가스로부터 높은 에너지 밀도를 갖는 DME 제조 기술개발을 통해 경제성이 없는 소규모 가스전이 복잡한 공정과 과다한 에너지 소비 없이 수송 및 활용이 가능하다는 것이다.
따라서 DME 제조 기술개발은 천연가스 운송 효율 향상 및 청정 수송연료의 대체에너지 전환에 중대한 역할을 할 것으로 떠오르고 있다.
우리나라의 경우 천연가스의 하절기 과부하 해소방안으로 하절기 잉여 물량을 상온 상압하에서 액체화된 DME로 제조·보관하여 가정용 연료 도시가스의 대체에너지로서의 활용이 기대된다.
또한 국내를 포함한 동남 아시아에서 상대적으로 공해 발생량이 큰 디젤 차량의 점유율이 높기 때문에 도심의 심하게 오염시키고 있어 디젤의 대체 수송연료로 사용한다면 환경개선에 상당한 역할을 할 것으로 보인다.
이와함께 LNG 수송으로 DME 전환에 의한 수송으로 효율을 향상시킬 수 있는 부대적인 효과를 거둘 수 있을 전망이다. 〈편집자 註〉

　■ 기술개발동향
국내의 DME 기술개발은 지난 94년 한국과학기술연구원(KIST)에서 디젤자동차의 대체연료 가능성 조사연구 및 실험실적 연구 수행이 시작되면서이며 96년 한국화학연구소에서 이산화탄소로부터 DME 제조 촉매를 개발하고 있다. 또한 98년부터 한국과학기술연구원과 한국에너지기술연구소가 공동으로 DME 제조에 관한 연구를 종합적으로 수행하고 있다.
외국의 경우 일본은 지난 97년부터 18억엔(1천4백만불)을 투입해 하루 약 5톤의 DME를 생산하기 위한 연구가 활발히 진행중에 있다.
일본은 현재까지 차량 2톤트럭(3,600cc)급으로 100시간 운행한 시험결과 검뎅이 배출가스가 거의 없으며 경유에 비해 20% 저감되는 결과를 나타냈다고 밝힌 바 있다.
덴마크는 덴마크의 Haldo Topsoe사는 70년전부터 실험실적 규모로 실험을 수행하기 시작하여 93년 천연가스로부터 하루 50Kg 규모의 생산 실험을 완료한 바 있다. 2000년초부터는 실용화를 위해 연간 약 2백33만톤의 DME를 생산할 예정이다.
미국의 석유회사 아모코(Amoco)사와 운송기계회사인 Navistar가 주관기관으로 ‘디젤엔진용 DME 대체연료 개발’을 목표로 덴마크의 화학회사, 오스트리아 디젤엔진회사 등과 공동으로 연구를 추진중에 있다.
최근에는 인도 정부도 이 기술개발에 적극적인 추진중에 있고 상용화 및 적용분야에 대한 검토가 활발한 것으로 알려지고 있다.

　■ DME시장 현황은 어떤가.
DME의 세계시장은 95년 기준으로 연간 약 15만톤 정도. 일본은 97년 연간 8천톤를 소요했으며 대부분 에어러졸 분사제로 사용되고 있다. 반면에 국내 DME 시장은 약 3,000∼5,000톤 수준으로 LG화학에서 생산하고 있다.
DME 시장은 전력생산, 자동차의 청정연료, LPG와 케로젠의 대체연료, 화학공업의 원료, 그리고 냉매 등 다양한 용도로 사용될 수 있다. 특히 사염화탄소 대체 분사제, 도시의 전력생산, 도시 단지의 자동차 청정연료 뿐아니라 대체연료로서의 각광 받을 것으로 예상된다.
열발전 설비에 DME 연료의 활용은 LPG와 LNG 같은 수준의 환경보존 효과를 나타내지만 LNG의 경우는 고압과 낮은 온도에서의 저장과 수송이 이루어져야 한다는 점에서 다르다.
따라서 DME 열발전 설비는 작은 면적에서 설치가 가능하므로 LNG 열발전 설비비용에 비해 낮다. 이외에도 대규모 가스전에서의 LNG 공급이 가능한 반면에 DME는 석탄과 천연가스에서 만들어지며 중·소규모 가스전에서도 얻어진다.
특히 이러한 에너지는 아시아에 풍부하므로 원활한 DME 공급체계가 이뤄질 가능성이 높다.
자동차 연료로서의 DME의 활용으로는 분진이 거의 발생하지 않고 높은 세탄가를 지닌 디젤 대체연료로서 사용 가능하며 LPG 자동차의 연료공급 기술과 시스템의 활용을 할 수있다. 새로운 연료공급시스템이 요구되는 전기자동차와 CNG자동차에 비해 우수하며 주행거리도 길다. 이외에도 DME 자동차 연료탱크는 LPG 자동차 탱크와 유사하고 DME 자동차 주행거리가 더 길다는 장점을 가지고 있다.

■ DME의 세계 시장 예측
DME시장에 대한 예측은 한마디로 ‘chicken and egg’라는 딜레마에 빠져있다는 분석이다. DME의 공급이 먼저냐? 수요가 먼저냐? 하는 것에는 분명한 답이 없는 상황이다. 여러 나라들의 분석에 따르면 DME 공급과 수요가 동시에 이뤄질 필요가 있다는 지적이다.
현재로서는 저공해성 자동차가 요구되는 만큼, DME의 수요도 늘어날 것이 분명하다.
DME의 생산은 메탄올 탈수와에 의해 제조될 것으로 DME 자동차의 수요는 급성장 할 것이다. 이렇게 되면 DME제조 단가는 메탄올 탈수화에 의해 제조된 것 보다 약간 낮아질 것이다.
많은 나라들은 DME 시장 수요는 급성장을 보이고 이러한 가운데 엄격한 엔진 배출 규제로 인해 기존 연료의 디젤과 가솔린이 경쟁하면서 DME의 생산이 증가될 것으로 예상하고 있다.

■ DME란
DME는 가장 간단한 에테르 형태인 CH3OCH3의 분자구조로 이뤄져 있으며 온화한 조건하에서 액체로 존재하는 화학물질이다. 공기중에 오랫동안 노출되어도 과산화물형태로 생성되지 않는 안전한 화합물로서 비 활성적이고 부식성이 없다. 또한 마취성이 강한 디에틸에테르와는 달리 발암성 및 마취성이 없어 인체에 무해한 기체이다.
오늘날 DME는 에어로졸(aerosol) 추진제로만 사용되고 있는데 프레온(CFC)과 달리 오존층에 무해하고 대류권에서 쉽게 분포되어 환경친화적인 화합물질로서 각광 받을 수 있을 것으로 보여진다.
이밖에도 물리적인 성질이 LPG나 프로판과 유사하여 동일한 방법으로 저장, 운송이 가능하다.
발열량도 메탄에 비해 높고 황 함량이 없어 LNG나 디젤 연료의 대체물질로서 논의되고 있으며 지난 98년 캘리포니아 ULEV 환경 규제에 적합한 연료로 알려져 있다.
현재 연료로 사용되고 있는 디젤, LPG 가솔린, 천연가스와 DME 등 연료간 지구온난화에 미치는 영향을 비교 분석한 결과, DME가 타 연료에 비해 지구온난화 등 환경 보호에 뛰어난 것으로 조사됐다.

■ DME 사업 전망
아직 초보 단계에 머물고 있는 DME사업은 향후 경유대체 수송에너지, LPG나 케로켄의 대체연료, 다양한 화학공업 원료, 냉매 대체재로서 큰 장점을 가지고 있어 전 세계적인 연구 과제가 아닐 수 없다.
당장 국내에서의 DME 사업자가 출현하기는 어려운 것으로 예견되고 있다. 현재 DME 사업에 대한 연구 단계에 머물고 있지만 천연가스를 이용한 수요개발은 상당한 매력을 지니고 있다. 〈남형권 기자〉


인터뷰/ 조원일 선임연구원〈한국가스공사 연구개발원 화학공정연구팀〉
제조기술 연구개발 활발
디젤^LPG와 경쟁력 우수

　-디메틸 에테르 기술개발의 목적은.
△디메틸 에테르 (Dimethyl Ether) 에너지는 현재 프레온 대체용으로 사용 (스프레이 및 에어로졸- 모기약 등 추진제)이외도 냉각캔의 냉매, 농약 중간체 등의 정밀화학원료로 사용되고 있다. 앞으로 DME는 LPG와 유사한 물성을 지니므로 보관·수송하기 용이 하기 때문에 디젤/LPG 대체 연료로 활용될 수 있는 물질로 LNG 인수기지 발생 BOG 처리에 적합하며 계절별 TDR(Turn Down Ratio, 부하 변동비) 해결에 기여할 수 있는 기술이기 때문에 수송용 액체 연료 등에 활용으로 산업용 천연가스 수요 창출 (발전용, 가정용, 수송용 등)에 기여할 것으로 예상된다.
-DME의 경제성 및 타연료와의 경쟁력은 있는가.
△DME는 화학원료로서의 경제성은 매우 좋다고 볼 수 있다. 현재 천연가스 인수기지 공장에서 발생되는 BOG(Boil Off Gas)를 활용하여 10만톤 규모에서 계산하면 화학원료로서의 경제성은 충분하다. 타연료인 디젤이나 LPG 등과의 경쟁력에도 약간 우위에 있는 연료이다.
특히 환경친화적인 연료이기 때문에 더욱 좋을 것으로 보여진다.
-DME의 기술현황과 과제는 무엇인가.
△세계적으로 DME 제조의 신기술 공정은 하루 약 5톤(=1,500 ton/yr) 규모의 파이롯 기술을 완성시킨 정도로 연구개발 중에 있다. 이에 따라 플랜트의 촉매 개발, 예비설계, 상세설계, 제조 및 설치를 수행하였으며 이외에도 DME를 연료로 디젤 차량을 실제 운행하여 배출가스의 검뎅이 측정, 경유와의 연료비 비교 결과 시험을 수행하고 있다. 앞으로 DME 연료의 기술개발에 자동차 메이커와 전력회사의 협조가 매우 필요한 상황이다.
-자동차 연료를 DME로 교체했을 때 경제적 부가가치는 얼마나 되는가.
△최근 수송 에너지로서 각광을 받고 있는데 연료로서 천연가스의 물리·화학적 단점을 대부분 보완할 수 있는 특성을 갖추고 있어서 중요한 차세대 연료로서 주목받고 있다. 특히 수송 연료의 관점에서 DME 활용은 기존의 가솔린과 디젤 연료에 비해 질소산화물과 미탄화수소의 배출가스가 현저히 낮게 배출되어 새로운 ULEV (Ultra Low Emission Vehicle, 이하 ULEV)의 환경 규제치를 만족할 수 있기 때문에 청정 에너지중 하나로 거론되고 있다.
현재 연료로 사용되고 있는 디젤, LPG, 가솔린, 천연가스와 DME의 지구온난화에 영향에 미치는 배출 가스를 상대적으로 비교한 결과, DME 연료가 다른 연료에 비해 지구환경 보전성에 우수한 것으로 밝혀졌다. 또한 주행거리 측면에서도 DME 1.0 gallon으로 주행할 수 있는 거리와 가솔린 1.0 gallon으로 주행할 수 있는 거리가 비슷하다.
-향후 DME에 대한 시장 전망은.
△DME의 세계 시장은 95년 기준으로 연간 약 15만톤 정도이며 메탄올로부터 제조하여 단순히 에어로졸 분사제로만 사용되고 있는 실정이다. 그러나 최근 DME의 대체 연료와 화학원료의 우수성을 인정받아 전력 생산, 자동차의 청정연료, LPG와 케로젠의 대체연료, 화학공업의 원료, 그리고 냉매 등 다양한 용도로 사용될 것으로 예측하고 있어 머지 않는 장래에 DME 수요는 폭발적으로 증가할 것으로 보여져 일본을 비롯한 많은 나라에서는 새로운 제조공정 개발에 여념이 없다.