1. 서론

재래식 방식의 상업용 제트기연료에 대한 연구를 하게 된 동기는 다음과 같은 두 가지 문제 때문입니다. 첫째, 2003년부터 2008년까지 꾸준히 오른 오일가격으로 인하여 여러 대형항공사가 파산하는가 하면 어떤 항공사들은 합병을 했어야만 했습니다. 둘째, 항공 산업을 포함한 산업전반에 걸쳐 지구온난화를 막기 위한 노력이 대두되는 요즘 재래식연료에 대한 대체연료 선택여지가 거의 없었던 상황에서 이러한 대체연료연구가 시급해졌습니다.

상업용으로 사용하기에 충분한양의 대체연료를 개발한다면 항공 산업에 큰 보탬이 되는 동시에 세계 오일 가격안정에도 기여할 것입니다. 다양한 종류의 대체연료를 사용함으로써 원유에 대한 수요를 감소시킬 수 있고 따라서 항공 산업뿐 아니라 산업전반에 걸쳐 경제적 이득을 주는 것은 물론 자원보존에도 한 몫을 할 것입니다. 바이오매스나 재생가능 오일에서 생산한 대체연료를 사용함으로써 온실가스 배출을 줄이고 더 나아가 지구온난화를 늦추는데 기여할 것입니다.

2. 항공 산업을 위한 대체연료의 종류

- 이번 연구에서 실험한 대체연료

이번연구에서 대체연료의 상업성을 판단하는 기준으로 호환성, 경제성, 확보가능양, 사용가능시기, 기술력, 지구온난화와 공기오염에 대한 영향력 등을 고려하였습니다.

3. 재래식석유연료

초기에는 제트연료로 휘발유와 등유를 둘 다 사용했지만 운용특성, 유용성, 비용 면에서 우수한 등유형태의 제트연료가 사용되어져 왔으며 미국에서는 60년대에 발전된 형태의 Jet A를 개발하여 상업용 제트연료로 사용해 왔습니다.

Jet A연료는 미국에서 상업용 제트연료로 주로 사용되고 있으며 이를 기준으로 대체연료의 유용성을 비교할 것입니다.

ULS Jet A(저유황 제트연료)는 유황농도를 기존의 700ppm에서 15ppm까지 낮출 수 있으며 상업용으로 점점 사용이 늘어나 2017년에는 전국적으로 사용될 거라 예상됩니다. 저유황연료생산비용은 gallon당 $0.05가 더들어가며 지구온난화 및 환경오염에 미치는 정확한 영향은 차후의 연구과제입니다.

4. 새로운 형태의 석유연료

새로운 형태의 석유연료는 Canadian oil sands(케나다 유사), Venezuelan VHOs(베네주엘라 Very Heavy Oil), oil shale(유혈암)이 있습니다. 유사외 VHO는 이미 제트연료로 사용가능한 사양을 갖추고 있으며 원유가격이 베럴당 $50이상인 경우 충분한 가격경쟁력이 있을 것이며 대량생산이 이루어질 경우 비용은 더욱더 줄어들 것입니다. 생산과정에서의 온실가스배출이 Jet A에 비해 25%증가합니다. 엄청난 매장량에도 불구하고 생산비용이 비싸고 온실가스배출도 Jet A에 비해 50%나 증가하는 유혈암의 상업용사용은 2020년 이전에는 힘들 것입니다.

5. FT 인공연료

천연가스, 석탄, 바이오매스와 같은 탄소질의 공급 원료를 FT공정을 거쳐 액체연료를 생산하는 것이며 유황성분이나 방향족 화합물이 거의 없습니다. FT연료 자체만 으로의 사용은 윤활력이 떨어지고 어떤 연료체계에서는 연료가 새는 문제점들이 발견되어 사용이 제한되며 Jet A와 혼합하여 사용하는 것이 추천됩니다. 온실가스배출은 공급 원료의 종류와 탄소격리기술 사용여부에 따라 달라집니다.

6. 재생오일을 이용한 연료

Biodiesel과 Biokerosene은 동식물에서 추출한 지방산과 트리글리세리드를 사용하여 생산하며 제트연료와 혼합 사용할 수 있다고 제기되었으나 연구결과 항공용으로 사용하기에 부적합한 것으로 나타났습니다.

Hydroprocessed renewable jet (HRJ)연료는 지방산과 트리글리세리드를 수소가공처리등 다양한 공정을 거쳐 생산할 수 있고 FT제트연료와 비슷한 성질을 나타내며 온실가스배출은 기존제트연료의 절반수준입니다. FT 제트연료와 마찬가지로 Jet A와 혼합하거나 첨가물을 사용하여 단점을 보완할 수 있으며 미교통부에서 항공용으로 사용하기에 적합한지를 실험중입니다.

7. 알코올

연구결과 에탄올은 인화점이 낮고 휘발성이 강하여 항공용으로 사용하기에 위험하고 부적합한 것으로 보고되었습니다. 부탄올 역시 항공용으로는 부적합하며 휘발유와석어서 자동차용으로 사용하는 방법이 연구 중입니다.

8. 결론

항공 산업이 단순히 지속적으로 상승해온 오일가격안정에만 초점을 맞춘다면 연료효율을 높이거나 대체연료를 사용함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있고 그러한 목표로의 대체제트연료로는 유사(모래기름), VHO(Very Heavy Oil), FT 제트연료, HRJ(Hydroprocessed renewable jet)연료, 유혈암등을 적당한 가격으로 사용할 수 있을 것입니다.

오일가격안정과 온실가스 배출수준을 기존의 제트연료수준으로 맞추려한다면 대체연료로는 유사, VHO, 석탄이나 천연가스로 만든 FT 제트연료, 유혈암을 사용가능합니다. 연구에 의하면 CCS(Carbon Capture and sequestration: 탄소 격리)기술을사용하지 않으면 유사, VHO, GTL(Gas to Liquid)의 경우 온실가스 배출이 10%에서 20%가량 증가하는 것으로 나타나며 CTL(Coal to Liquid)의 경우 기존제트연료의 온실가스 배출량의 두 배에 달한다고 합니다.

적당한 생산비용은물론 온실가스배출량을 기존의 온실가스 배출량보다 현저히 줄일 수 있는 대체연료는 단 두 가지가 존재합니다. 특정원료를 사용한 HRJ연료와 바이오매스와 석탄을 사용한 CCS기술에 의한 FT 제트연료가 그것입니다.

이러한 HRJ연료와 FT 제트연료를 대량생산할 수 있는 기술적 기반은 이미 마련되어 있으며 장기적인 이산화탄소 보유예상을 위한 더 깊은 연구가 필요하겠지만 EOR(Enhanced Oil Recovery)을 위한 이산화탄소의 사용도 상업적으로 증명되었습니다. 상업적 가치를 증명하기위한 장기적인 실험과 평가를 하는데 10년 정도가 소요될 것으로 예상됩니다.

이러한 대체연료의 사용은 그 지역의 공기오염을 줄이는데도 큰 역할을 할 것으로 기대되는 가운데 항공용 연료로 인증받기위한 노력이 경주되고 있습니다.

기존연료에 사용되고 있는 유황을 제거함으로써 공기오염을 상당히 줄일 수 있으므로 이러한 것이 앞으로 5년에서 10년 안에 제도화될 것입니다.

▣ 원문의 주요목차 **********************************************************************

1. 서론
2. 항공산업을 위한 대체연료의 종류
3. 재래식 석유연료
4. 새로운 형태의 석유연료
5. Fisher-Tropsch 인공연료
6. 재생오일을 이용한 연료
7. 알코올
8. 결론