e-Fuel (이퓨얼, Electricity-based Fuel)

[출처] DAP

2035년부터 유럽연합(EU)에서는 탄소 감축 입법안*에 따라 내연기관(휘발유, 경유) 신차 판매가 전면 금지됩니다. 
* Fit for 55: 유럽연합(EU)이 2021년 7월 내놓은 기후변화 대응을 위한 12개 항목을 담은 입법 패키지로,
 2030년까지 EU의 평균 탄소 배출량을 1990년의 55% 수준까지 줄인다는 목표를 실현하기 위한 방안
하지만 여기에는 중요한 예외 조항이 하나 있습니다. 
바로 'e-Fuel을 사용하는 내연기관차는 계속 판매할 수 있다'라는 것입니다.
e-Fuel 연료는 화석연료와 촉·질감이 비슷해 내연기관에 바로 적용할 수 있으며, 
기존 화석연료 인프라를 그대로 활용할 수 있어 
전기·수소자동차 보급과 함께 탄소중립 실현을 위한 핵심 수단으로 보고 있습니다.
글로벌 완성차 업체들이 e-Fuel 개발에 수십억 달러를 투자하고 있는 이유가 바로 여기에 있습니다.

 

e-Fuel, 도대체 무엇인가?

e-Fuel은 전기를 기반으로 만든 합성 연료입니다.
물을 전기분해하여 생산한 그린수소와 이산화탄소를 결합/가공해서 만들며, 
탄소 포집(CCU, Carbon Capture Utilization) 기술을 활용해 공기 중에 있는 이산화탄소를 포집하여 제조합니다.
쉽게 말해, 공기와 물만 있으면 기존 휘발유나 경유와 똑같은 성질의 연료를 만들 수 있습니다.

- 재생에너지로 물을 전기분해 → 그린수소 생산

- 공기 중 이산화탄소 포집 (CCU 기술 활용)

- 그린수소 + 이산화탄소 → 합성연료 완성!

[출처: 한국자동차연구원] e-fuel 개념도

 

Cf. Power-to-Liquid(PtL) 공정

e-Fuel은 주로 전기를 이용하여 물과 이산화탄소로부터 수소와 합성 탄화수소를 생산하는 과정을 통해 만들어지며 
이를 통칭하여 Power-to-Liquid (PtL) 공정이라고 부릅니다.

1단계: 그린수소 생산

- 재생 가능 에너지(태양광, 풍력 등)로 생산한 전기
- 물(H₂O)을 전기 분해하여 수소(H₂)와 산소(O₂) 분리
- 탄소 배출이 전혀 없는 '그린수소' 완성

2단계: 이산화탄소 포집

- 대기 중 직접 포집(DAC, Direct Air Capture) 기술 활용
- 산업공정에서 배출되는 CO₂ 활용
- 기존에는 버려지던 탄소를 원료로 재활용

3단계: 합성연료 제조

주로 일산화탄소와 수소를 일정 압력에서 반응시켜 탄화수소 혼합물을 제조하는 F-T공정, 
메탄올을 합성 가솔린으로 제조하는 MTG공정 등을 통해 최종 연료 생산
이 과정에서 놀라운 점은 탄소 순환이 이루어진다는 것입니다. 
공기에서 CO₂를 포집해서 연료를 만들고, 그 연료를 태우면 다시 CO₂가 나오지만, 
이는 애초에 공기에서 가져온 것이므로 전체적으로는 탄소중립이 달성됩니다.

 

e-Fuel이 가져올 혁신적 변화들

기존 인프라의 활용

e-Fuel의 가장 큰 장점 중 하나는 '기존 인프라를 그대로 사용할 수 있다'는 점입니다. 
전국에 산재한 주유소, 송유관, 정제시설 등을 그대로 활용할 수 있어 새로운 충전 인프라 구축에 드는 천문학적 비용을 절약할 수 있습니다.
전기차를 위한 충전소 1개 설치에는 수억 원이 들고, 수소차를 위한 충전소는 수십억 원이 필요합니다. 
반면 e-Fuel은 기존 주유소에서 바로 사용할 수 있습니다.

탄소중립의 새로운 패러다임

e-fuel은 생산 공정에서 탄소제로 목표를 달성할 수 있으며, 보관 및 수송이 용이하며, 
기존 내연기관 인프라에도 활용할 수 있고, 재생에너지원을 통해 수소를 생산하고, 
공기 중 직접포집 기술을 활용해 이산화탄소를 포집하는 과정에서 탄소를 저감하는 기술입니다.
이는 기존의 "화석연료 사용 = 탄소 배출"이라는 등식을 완전히 뒤바꾸는 혁신입니다. 
이제 내연기관차를 타면서도 탄소중립을 달성할 수 있습니다.

자동차를 넘어서

항공기와 대형 선박을 전기로 운항하는 것은 현실적으로 불가능합니다. 
그리고 철강, 시멘트, 화학 공장 등에서 필요한 고온의 열을 만들어내기 위해서는 여전히 화석연료가 필요합니다.
e-Fuel은 탄소중립 목표 달성과 화석연료를 대체할 수 있는 유력한 대안입니다.

전주기 평가(LCA: Life Cycle Assessment)에서의 우위

전기차의 경우 배터리 제조 과정에서 많은 탄소가 배출되고, 전기 생산 과정에서도 화석연료가 사용될 수 있습니다.
반면 e-Fuel은 생산부터 사용까지 전 과정에서 재생 에너지만 사용하므로 진정한 탄소중립이 가능합니다.

현재의 도전 과제들

높은 생산비용

현재 e-Fuel의 생산비용은 일반 휘발유의 5-10배 수준입니다.

- 그린수소 생산비용: 아직 화석연료 기반 수소보다 2-3배 비쌈

- CO₂ 포집비용: 대기 중 직접 포집 기술이 아직 비쌈

- 합성 공정 비용: 복잡한 화학 공정으로 인한 추가 비용

 

에너지 효율의 한계

전기 → 수소 → 합성연료 → 연소의 과정에서 에너지 손실이 상당합니다. 

전체 에너지 효율은 약 10-15% 수준으로, 전기차의 70-80%에 비해 현저히 낮습니다.

대량생산 인프라 부족

현재 전 세계 e-Fuel 생산능력은 연간 수십만 리터 수준에 불과합니다. 

글로벌 운송연료 시장 규모(연간 약 2조 리터)를 고려하면 아직 갈 길이 멉니다.

세계 최초의 상업용 e-Fuel 플랜트, 칠레

[출처: 아우디] 이퓨얼 생산시설

글로벌 정책 동향과 지원 현황

유럽연합(EU)

2035년 내연기관차 판매 금지 정책에서 e-Fuel 사용차량을 예외로 인정했을 뿐만 아니라, 
'핏 포 55(Fit for 55)' 정책을 통해 e-Fuel 개발을 적극 지원하고 있습니다.

독일

자국의 강력한 자동차 산업 보호 차원에서 대규모 투자를 진행하고 있습니다.

일본

이미 구축한 수소 인프라와 기술력을 바탕으로 e-Fuel 개발에 적극적으로 나서고 있습니다. 
토요타를 중심으로 한 일본 자동차 업계는 e-Fuel을 하이브리드 기술과 연계하여 독특한 전략을 구사하고 있습니다.

미국

전기차 우선 정책을 유지하면서도, 
항공과 해운 분야를 중심으로 e-Fuel 연구개발을 지원하고 있습니다.

 

마무리하며

e-Fuel은 기존의 "화석연료 vs 재생에너지"라는 대립 구조에서 벗어나, 두 기술이 공존할 새로운 가능성을 제시합니다. 
기후변화와 탄소중립이라는 인류 최대의 과제 앞에서, e-Fuel은 '완벽한 해답'은 아니지만 '현실적인 해답' 중 하나임은 분명합니다. 
앞으로 10년 후에는 주유소에서 "일반휘발유, 고급휘발유, 그리고 e-Fuel" 중에서 선택하는 날이 올지도 모르겠습니다.
여러분은 어떤 연료를 선택하시겠나요?