지난달 롤랜드 버거가 발표한 ‘심층 인사이트: 중국 시장에서의 지속 가능한 항공 연료(SAF) 추진 경로'라는 제목으로 롤랜드 버거가 발표한 보고서에 따르면 지속 가능한 항공 연료(SAF)는 항공 산업에서 배출가스 감축에 큰 의미가 있으며 탄소 중립을 향한 글로벌 항공 산업의 여정에 영향을 미치고 있다고 합니다. 항공 산업은 ’배출량을 줄이기 어려운‘ 분야로 널리 알려져 있지만, 보고서에 따르면 지속 가능한 항공 연료(SAF)는 단기간에 항공 여행의 배출 강도를 줄일 수 있는 상업적 도구라고 합니다.
항공 산업에서 탈탄소화 목표를 달성하는 방법에는 연료 효율성 향상, 지속 가능한 항공 연료(SAF) 사용, 탄소 상쇄, 배터리 및 하이브리드 추진과 같은 새로운 동력 시스템 채택, 수소 활용 등 다양한 방법이 있습니다. 이 중 지속 가능한 항공 연료의 사용은 향후 30년간 주요 탈탄소화 방법이자 기존 항공기에 직접 적용할 수 있는 가장 직접적인 방법이 될 것으로 예상됩니다. 아시아 제트 컨설팅에 따르면 2030년까지 SAF의 세계 시장 규모는 1800만 톤을 넘어 수십억 달러에 달할 것으로 예상됩니다.
지속 가능한 항공 연료(SAF)는 원료 선택과 생산 공정에 따라 기존 항공 연료에 비해 탄소 배출량을 최대 85%까지 줄일 수 있는 직접 액체 연료 대체재입니다. SAF는 식량 작물이나 수자원과 경쟁하지 않고, 삼림 벌채나 토양 파괴를 일으키지 않으며, 바이오매스 공급 원료에 저장된 탄소를 재활용할 수 있는 등 지속 가능한 특성을 가지고 있습니다. 현재 SAF는 임업 잔재물, 농업 폐기물, 폐식용유, 도시 고형 폐기물 등의 자원에서 생산되고 있습니다.
업계의 관심을 끌고 확장 가능성이 높은 4가지 기술 프로세스
2023년 4월 현재 미국 재료시험협회는 HEFA, ATJ, FT를 포함한 9개의 기술 공정을 승인했습니다. 배출량 감소 잠재력이 크고 장기간 무제한 공급이 가능한 원료를 사용하는 PtL 공정은 아직 승인 대기 중입니다.
위 그림에 나타난 바이오 기반 SAF의 생산 경로에는 석유 수소화를 통한 SAF 생산, 바이오 에탄올/바이오 에탄올을 통한 SAF 생산, 바이오 합성가스 피셔-트롭쉬 합성을 통한 SAF 생산, 직접 공기 포집과 전기분해 수소 합성을 통한 SAF 생산이 있으며, 이는 전 세계적으로 실현 가능한 기술 경로입니다.
네 가지 기술 경로 중 현재 상업적으로 운영되는 유일한 성숙한 경로인 HEFA는 동식물성 오일의 수소화를 통해 SAF를 생산하는 방식입니다. 주요 화학 반응은 다음과 같습니다:
액상 반응
탈카르복실화: R-COOH → R-H + CO2(g)
탈탄화: R-COOH → R’-H + CO(g) + H2O(g)
R-COOH + H2(g) → R’-H + CO(g) + H2O(g)
수소화: R’-COOH + 3H2(g) → R-CH3 + 2H2O(g)
여기서 R은 불포화 직쇄 알킬기이고, R’ 는 포화 직쇄 알킬기입니다.
기체 상 반응
메탄화: CO2 + H2 → CH4 + 2H2O
CO +3H2 CH4 + H20
물-기체 이동: CO + CO2 → H2 + CO2
그러나 HEFA 공정의 원료(폐식용유 등) 공급원이 산재해 있고 폐식용유 수거 및 처리 비용이 높으며 생산량 추가 확대의 경제성이 부족하여 생산량 증가가 상대적으로 미약합니다. 시노펙은 독자적으로 개발 및 설계한 바이오 석탄 항공 연료화 공정에 대한 세부 사항을 공개했으며, 간략한 공정 개요는 다음과 같습니다:
이 공정은 폐식용유 및 기타 주방 폐유에서 바이오 석탄을 추출하도록 확장할 수 있습니다. 바이오 석탄 생산은 중국석유화학공사의 진하이 정유화학회사에서 처음 적용되었으며, 연간 설계 처리 용량은 10만 톤입니다. 한편으로 HEFA 방식은 다양한 원료(주로 폐식용유, 동식물성 지방)를 사용하지만 황, 염소, 금속 성분, 다량의 지방산 불순물을 포함하고 있어 일일이 제거해야 하는 어려움이 있습니다. 반면에 폐식용유의 높은 산소 함량은 정제 장치에서 촉매의 활성과 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다.
공교롭게도 ATJ 공정은 조달 비용이 낮지만 에탄올 자체의 산소 함량이 높아 정제 과정에서 산소 분자를 제거해야 합니다. DODGEN의 일련의 분리 기술은 HEFA 및 ATJ 공정의 정제 문제를 효과적으로 해결하여 SAF의 용량을 높이고 SAF의 상업화 과정을 가속화하는 데 도움이 될 것입니다.
윤다오 캐피탈의 분석에 따르면 FT와 ATJ는 광범위한 원료 공급원(농림 폐기물, 도시 고형 폐기물, 산업 폐기물 등)과 낮은 전력 소비로 인해 단기적으로 SAF 생산업체의 새로운 선호도가 높으며 파일럿 라인에서 점차 상업 운영으로 전환될 것으로 예상됩니다.
PtL 방식은 고가의 탄소 포집 기술과 수전해 수소 생산이라는 제약이 있어 상용화는 아직 멀었습니다. 하지만 기존 항공 연료와 비교했을 때 배출 감축 효율이 가장 높고 잠재력이 매우 큽니다. 향후 정책이 강화된다면 중장기적으로 가장 중요한 기술 경로가 될 것입니다.
요약하면, 지속 가능한 항공 연료의 생산은 여전히 제한적이며 최종 사용자가 기존 공급망 네트워크를 통해 항상 SAF를 확보할 수 있다고 보장할 수 없습니다.
중국의 지속 가능한 항공 연료(SAF) 생산 잠재력과 개발 과정
중국은 지속 가능한 항공 연료(SAF) 원료를 풍부하게 공급하고 있지만, 기술 프로세스를 확립하고 생산 능력을 확대하기 위해서는 혁신적인 솔루션이 필요합니다.
2022년 전 세계 SAF 생산량은 약 3억 리터(24만 톤)로 두 배 증가했으며, 잠재적인 SAF 생산업체의 프로젝트 발표도 빠르게 증가하고 있습니다. 하니웰, 엑손모빌, 쉘, 좡신완펑, 시노펙, 토탈에너지, BP, 네스테, KBR, 셰브론, 탑소, 월드에너지 등 국내외 굴지의 대기업들이 글로벌 SAF 공급망에서 전략적으로 입지를 다지고 있습니다.
2023년 11월 14일, 중국에너지투자공사(CEIC)와 에어버스는 항공 산업의 지속 가능한 발전에 공동 기여하기 위해 지속 가능한 항공 연료(SAF) 산업 체인 및 재생 에너지 공급 분야에서 협력하는 양해각서(MOU)를 체결했습니다. 양해각서에 따르면 양측은 국제 표준을 충족하고 안정적으로 운영되며 지속 가능한 개발 역량을 갖춘 SAF 연료 산업 체인을 구축하기 위해 전체 체인에 걸쳐 SAF 연료 신기술, 생산, 인증 및 홍보에 협력할 예정입니다.
데이터에 따르면, 거의 1년간의 개발 및 산업 계획을 거쳐 현재 중국에서 계획 중이거나 건설 중인 SAF 프로젝트 용량은 연간 약 313만 톤에 달합니다.
결론:
중국은 지속 가능한 항공 연료(SAF)에 사용할 수 있는 풍부한 원료를 보유하고 있어 SAF 분야에서 지속 가능한 발전의 잠재력이 매우 높습니다. SAF 수요가 지속적으로 증가함에 따라 상용화 과정이 가속화되고 있으며, 산업 사슬을 따라 다양한 기술이 지속적으로 개발되고 있습니다. DODGEN은 관련 기술 파트너와 협력하여 SAF 산업의 발전을 도모하고자 합니다.
