■연료로서 DME개발 어디까지 왔나 ..<한국가스공사 연구개발원 백영순 LNG기술연구센터장> 에너지源 확보·환경개선 측면서 시장확대 가속 한국-99년부터 가스公社 연구착수 일본-연간 3만톤규모 플랜트 운영 중국-국가연료화 정책으로 추진 유럽-디젤대체연료로 개발 활발 에너지로서의 DME 활용은 중국에서 세계 처음으로 에너지, 공해, 수송 대책의 일환으로 LPG에 혼입하여 가정용 및 수송용 연료로 사용하고 있다. 중국 사천성 노주지방의 루텐화(瀘天化) 화학공장에서는 천연가스로부터 암모니아, 요소, 메탄올을 생산하는 공장으로서 최근 메탄올의 일부를 간접 합성법으로 DME를 제조하여 연료로 판매하고 있다. 연 만톤 DME 플랜트를 2003년 9월부터 운영 중에 있으며, 연 11만톤 DME 플랜트도 2005년 상반기 완공을 목표로 공사를 추진 중에 있다. 연 만톤 DME 플랜트는 대형 플랜트 추진을 위한 시공 및 운전경험 축적을 목적으로 추진되고 있으며, 현재까지 안정적인 운전으로 약 2,700톤의 DME 연료(일부 추진제 포함)로서 판매하였다. DME 연료로서의 활용을 위한 기술개발은 90년대 초부터 본격적으로 이루어져왔다. 일본이 정부 주도하에 가장 적극적으로 수행한 의의로는 DME는 천연가스, 석탄, 바이오매스로부터 제조 가능하며, 둘째로 석유, 천연가스의 생산에 좌우되지 않고 DME 독자수급이 가능하고, 셋째로 아시아 태평양지역에서 산출되는 천연가스를 이용할 수 있어 에너지 수급 향상에 효과적이고, 넷째로 기존의 LPG 인프라를 이용할 수 있고, 다섯째로 환경에 뛰어나 수요 개척 가능성에 두고 있다. 특히 일본 JFE(구: NKK)는 DME Development 회사를 설립하여 2002년부터 2006년까지 호까이도 쿠시로에 하루 100톤 규모 (년간 30,000톤 규모) DME 제조 플랜트를 2003년 12월 건설하여 운영 중에 있다. 또한 일본의 이토츠 상사, 미쓰비시 가스화학(MGC), 석유업계가 공동으로 DME를 연료로의 상업화하기로 합의하여 2001년 4월에 합작회사를 설립하고 6월부터 제조 운반 등의 본격 조사에 들어가 있는 실정이다. 중국의 경우는 급속한 경제 성장을 지원하기 위하여 충분한 에너지를 필요로 하고 있는데, 석탄은 매장량이 풍부하여 남아도는 상황이고, 석유는 부족하며, 천연가스는 비교적 수급균형을 이루고 있는 정도이다. 이러한 상황에서 중국은 정부차원에서 에너지 수요의 충족과 환경개선을 목적으로 청정한 DME를 제조하여 가정용, 산업용 및 수송용으로 공급하는 ‘DME의 국가연료화’정책을 추구하고 있으며, 향후 20~30년 내에 DME가 중국 에너지경제의 근간을 이룰 것이라고 전망하고 있다. 세계 최초의 연료용 DME Plant는 소규모이지만 중국 사천성에 건설하여 DME 사업은 부족한 액체연료 공급 및 환경문제 개선을 목적으로 정부 지원 하에 서부 화학도시 개발 프로젝트의 한 부분으로 추진되고 있으며, 환경 친화적이며 LPG 및 디젤연료의 대체 사용이 가능한 특성과 경쟁연료의 높은 가격 때문에 향후 급속한 수요증가가 예상하고 있다. DME 수요에 비해 공급이 부족한 상태며, DME 이용기술은 시안 교통대학의 DME 버스 운전시험(4,000Km), 스팀 보일러의 DME 연소테스트 등 많은 회사에서 DME를 이용하는 시험이 이루어지고 있다. DME 연료의 활용시 특징으로는 1) LPG에 비해 효율이 높고, 2) LPG에 비해 DME를 혼합시 노즐에서의 분사가 잘되고, 3) 배출가스에 미연소 성분이 거의 없는 장점을 보인다. 이는 DME는 성분중에 산소를 함유하고 있어 연소효과와 LPG (프로판, 부탄) 혼합효과가 좋기 때문인 것으로 평가하고 있다. DME 기술개발에 관한 유럽의 움직임은 유럽의 시장체제가 유럽연합(EU)으로 통합되어 기술개발이 활발히 전개되고 있다. 특히 유럽에서는 DME가 55이상의 세탄(Cetane)가를 지녀 압축착화방식의 디젤 엔진의 연료로 사용할 수 있기 때문에 디젤 대체연료로 활발히 기술개발이 이루어지고 있다. 이밖에도 호주, 카나다, 덴마크, 미국, 프랑스, 노르웨이, 네덜란드 및 스웨덴 등 선진 각국에서 DME 개발사업에 기업생산 및 마케팅을 위한 노력에 박차를 가하고 있는 실정이다. 우리나라의 경우 한국가스공사가 1999년 11월부터 2년간 실험실 규모(1~2kg/d)의 실험 장치를 구축함으로써 DME 연구에 착수하였다. 이후 과학기술부에서 “온실가스 저감” 정책연구의 일환으로 가스공사가 “DME제조 공정개발연구”에 참여하여 50kg/d DME Pilot Plant를 건설(2001.9~2003.6)하였고, 현재 생산 안정화와 연료로서의 적용성 실험 및 Scale-up을 위한 데이터 확보작업을 진행 중에 있다. SK(주)와 에너지기술연구원이 산업자원부로부터 2002년부터 3년간 “디젤자동차 적용성 연구”를 진행하고 있으며, 한국전력연구원 주관으로 한국가스공사는 전력기반기금으로 ‘04년부터 약 3년간 “신연료 DME의 화력발전소 적용기술 개발”을 추진 중에 있다. 이외에 서울대학교가 DME 제조 반응기 시뮬레이션과 고효율 반응기 개발에 참여하고 있으며, 인하대학교와 충북대학교에서는 DME 자동차 및 활용기기에 대한 연구가 한창 이루어지고 있는 실정이다. 경쟁력 있는 DME 직접 대량생산기술이 개발되기 까지는 기존 DME 플랜트를 이용하는 간접 합성법에 의한 DME 생산방법이 시장을 주도할 것으로 예상되며, DME는 에너지원의 확보 및 환경오염 개선을 위한 정부의 정책의지에 따라 연료로서 시장에서 수요를 창출할 것으로 예상되고 있다. 일본 내에서의 초기 DME 수요는 연간 1,620만톤으로 예상하며, 2010년에는 3,810만톤으로 증가할 것으로 전망하고 있다. 우리나라는 에너지의 대부분을 수입에 의존하고 있는 상황에서 선택의 문제보다는 경제 산업 발전에 초점을 맞추어 필요한 양의 에너지를 언제, 어디서, 어느 에너지를 수입할 것인가에 에너지의 정책방향이 결정되고 있는 상황이다. 따라서 다양한 에너지원을 안정적으로 공급하는 에너지원의 상호보완적인 공급체계가 절실히 필요하다. 에너지 수급 압박이 점증하는 지역이자 주요한 액화천연가스 수요 증가 지역인 우리나라로서는 미래 에너지 정책의 수립과 관련하여 각별한 시사점을 갖게 될 수도 있을 것으로 보인다. 이러한 상황에서 DME는 급증하는 에너지를 충당하기 충분한 연료로서 ULEV(Ultra Low Emission Vehicle) 규격을 만족하는 환경친화적인 에너지이고, 중·소규모 가스전까지 활용할 수 있어 풍부한 에너지를 보유하고 있으며, LPG 인프라를 그대로 활용할 수 있을 뿐 아니라 기존연료의 연소기기와의 호환성으로 사용자의 편리성을 추구할 수 있는 에너지이다. 따라서 우리나라의 DME 진출 및 선진기술에 의한 독점방지를 위해서는 타 연료에 대한 경쟁우위를 확보할 수 있는 독자적인 대량 생산기술의 개발이 요구될 뿐 아니라 에너지 기업들은 DME 연료화를 위한 사명감을 가지고 노력하고, 이를 통하여 국민의 편익이 될 수 있도록 해야 할 것이다. 더불어 신·재생 에너지로서 DME은 고유가 시대에 처한 우리나라의 국가적인 에너지 정책에 적잖은 도움이 될 것을 기대하며, 정부 차원에서 적극 추진하여 보급해야 할 에너지로 생각한다. *) DME의 물성 특성 DME는 상온·상압에서 기체상태이며 상압에서는 -25℃, 상온에서는 6기압을 유지하면 액체상태로 존재하는 물성을 지녔다. DME는 에테르 구조를 지녀 유기화합물에 대한 용해성이 있지만 금속에 대한 부식성이 없고 인체에도 무해할 뿐 아니라 온실효과와 오존층의 파괴 등 환경적인 피해의 우려도 거의 없다. 특히 DME는 액체 상태로 낮은 체적과 탄성율로 인해 압력에 의한 체적 변화가 크기 때문에 좋은 연료이다. DME 연소의 특징으로서는 DME 분자식에 산소 분자를 함유하고 있기 때문에 연소시에 입자성 물질 발생할 가능성이 극히 적다. 이외에도 기체 상태에서의 체적 열량은 천연 가스의 1.65배와 LPG의 0.65배 이고, 연소 속도는 메탄에 비해 1.5배 빠르고 자연 발화 온도도 메탄 보다 280℃ 낮아 대단히 연소하기 쉬운 장점을 지녔다. 세탄가가 높아 힘을 필요로 하는 디젤엔진 연료에도 적합하다. 그러나 DME 사용시 수지나 고무 seal 등의 침식성에 유의할 필요가 있고, 낮은 점성·낮은 윤활 성질로 연료 펌프나 연료 분사 장치에서의 leak나 마모 문제 해결을 위해 부품의 정밀한 가공이 요구된다. DME 인프라의 특징으로서는 수송·저장용 탱크는 일반적인 저온 강재질으로 제작되기 때문에 LNG 수송설비와 달리 가격이 저렴하며, LPG의 인프라 설비 사용이 가능하고 LPG 수송설비 제작 방식과 수송 방법도 유사하므로 DME 연료의 수송·저장이 편리하다.