바이오 연료의 보급전망과 사회적 가치추정 바이오 연료의 보급전망과 사회적 가치추정 에너지경제연구원 책임연구원 배정환

목 차 목 차 바이오 연료 개관 바이오연료의 SWOT 해외 주요국의 바이오연료 보급현황 국산바이오디젤 생산비용 및 잠재량 추정 1 바이오 연료 개관 2 바이오연료의 SWOT 3 해외 주요국의 바이오연료 보급현황 4 국산바이오디젤 생산비용 및 잠재량 추정 5 국산 바이오디젤의 사회적 비용·편익분석 6 요약 및 결론 2

바이오연료 개관 바이오연료는 수송용 대체연료로서 환경친화적 청정연료이며, 신고유가 및 기후변화협약의 영향으로 세계적으로 주목받고 있음 바이오디젤 (BD)과 바이오에탄올 (E)이 있으며, 세계적으로 에탄올 생산이 전체의 90%, BD는 10% 수준임 에탄올은 주로 브라질, 미국, 중국 중심으로 생산됨 바이오디젤은 독일, 프랑스, 미국, 오스트리아, 이탈리아로 서유럽이 2/3 정도 생산 3

바이오디젤 생산기술 바이오디젤 식물성 기름이나 동물성 지방을 알코올과 반응시켜 생성된 fatty acid alkyl ester 식물유 동물성 기름 폐식용유 야쟈유, 대두유, 유채유, 옥수수유, 해바라기유, 코코넛 기름 대부분 질 좋은 식품 원료이기 때문에 다른 triglyceride 원에 비해 가격 비쌈 유리지방산의 함유율이 낮고 수분을 포함한 공정 오염물의 농도가 낮은 장점 비식용성 소기름과 돼지 기름이 주로 사용됨 어유를 사용하기도 하나, 가격이 비싸고 불포화지방산이 많아 안정성 문제를 일으키거나 별도로 제거되어야 식당에서 쓰던 튀김 기름을 가공한 yellow grease는 가격이 저렴하여 주로 사용 바이오디젤 생산에 중요한 요소인 유리 지방산을 최대 15%까지 많이 함유 4

바이오에탄올 생산기술 5 바이오에탄올 효모로부터 얻은 촉매를 이용, 당을 발효시켜 생산 포도당 녹말 셀룰로오즈(차세대 기술) 가장 쉽게 에탄올로 발효 가능 유럽은 사탕무, 브라질 및 열대지역 국가는 사탕수수 많이 이용 미국은 옥수수, 밀, 유럽은 밀, 보리 등의 곡물 낱알 이용 껍질, 줄기와 같은 잔존물까지 당으로 변환시키려는 연구 진행 섬유소 및 목질소 (lignin)는 당을 거쳐 에탄올로 전환하는 과정이 복잡 미국, 캐나다 중심으로 기술 상용화를 위한 연구개발 진행 중 5

바이오연료의 생산성 및 경제성 6 에탄올의 생산성은 1~6, BD의 생산성은 0.6~4.5 ㎘/ha 브라질과 미국의 경우 바이오에탄올 생산단가는 휘발류 가격에 근접하고 있음 가격 변동성은 바이오연료 가격이 휘발류 가격보다 높음 (기후변화, 농산물 가격, 국제유가의 함수) 6

바이오연료의 SWOT 분석 강점 기회 석유계 수송연료를 대체할 잠재력 지구온난화 가스 감소 및 대기오염 감소를 통한 환경질 개선 효과 기존 화석에너지에 부가하여 바이오디젤, 바이오에탄올 등 연료원 다변화를 통한 리스크의 분산 농촌경제의 신성장 산업 역할 지구온난화로 인해 청정에너지 기술사용 요구 증가 국제유가의 불안정 및 화석에너지 정점론 대두 수소경제의 중간단계 역할 차세대 바이오연료 기술개발로 식량작물과의 경쟁 회피 가능 약점 위협 국내생산시 경제성이 떨어짐 저온유동성, 수분혼입문제 등 기술적 난관 식량용 농산물과 경쟁 지속가능하지 못한 경작방식은 지구온난화를 가중시킬 가능성 규모확대에 대한 정유업계의 반발 경제성을 높이기 위한 정부의 재정적 지원의 한계 기후종속적 바이오연료원 공급 불안정성과 공급국가의 카르텔화 가능성 7

해외동향 (1): 미국 바이오에탄올 생산량은 2005년 기준 16.6백만㎘로 5년 사이 2.5배 증가 (세계최대 바이오에탄올 생산국) 2006년 대체연료(alternative fuel)의 수소용연료 비중은 3%에서 2017년 15%로 증가시킬 계획 보급정책으로 재생가능연료의무할당제(Renewable Fuels Standard: RFS)를 통해 가솔린에 에탄올 10% 사용 의무화 부시정부는 ‘Twenty In Ten’ 비전을 통해 RFS로부터 AFS (Alternative Fuel Standard)로 대체연료 확대 계획 (corn ethanol, cellulosic ethanol, biodiesel, methanol, butanol, hydrogen, and alternative fuels) 8

해외동향 (2): 유럽연합 2005년 유럽연합 전체 바이오연료 생산량은 3.9MT이고 이 가운데 바이오디젤이 81.5%인 3.18MT 독일이 총생산량의 52.4%를 차지하여 바이오디젤의 메카 프랑스, 이탈리아, 스페인, 폴란드 등에서도 생산 쿼터제 및 소비세 감면등으로 생산 확대 수송용 연료의 8%를 바이오연료로 대체할 경우 EU 전체 농경지의 10%가 필요할 것으로 예측 유럽 연합의 목표는 수송연료에서 대체연료의 비중을 2005년 2%, 2010년 5.75%, 2020년 20%로 늘리는 것임 유럽연합의 공동농업정책(Common Agricultural Policy) 개정을 통해 에너지 작물에 대한 추가 지원(€45/ha) 9

해외동향 (3): 일본 2030년 운송부문 수입의존도를 80%로 낮출 계획: 연비 개선 및 대체연료 등을 통한 연료 다변화 (diversification) 추구 휘발유 품질관리법에 의해 E3의 사용허가 민간부문에서 2010년까지 총21만톤의 에탄올을 도입하여 ETBE에 사용할 계획 브라질 및 태국으로부터 에탄올 수입 계획 2006년 6월 BD5에 대한 기준안 제시 및 2007년부터 본격적 실시 사탕수수, 옥수수, 밀 등 국내에서 재배된 작물로부터 바이오에탄올을 생산하고 있으나 식량작물과 경쟁으로 한계에 봉착할 것으로 예상 10

해외동향 (4): 브라질 2005년 기준 15.6백만㎘의 바이오에탄올을 생산하여 세계2위 생산국 모든 가솔린 차량에 에탄올을 20~25%를 사용하도록 의무화 신규차량의 70%이상이 FFV (Fuel Flexible Vehicle) 에탄올 연료수요가 증가하면서 2006년부터 에탄올 혼합비중을 20%로 낮춤 11

해외동향 (5): 중국 2005년 기준 연간 3.7백만 ㎘를 생산하여 세계3위의 에탄올 생산국 전체 휘발류 소비의 20%를 바이오에탄올로 대체하였고, 향후 2010년까지 50%로 확대할 계획 보급확대를 위해 에탄올 제조회사에 대한 5% 세금감면 바이오에탄올에 대한 부가가치세 환급 에탄올 원료 구입시 보조금 지급 12

해외동향 (6): 동남아 말레이시아, 인도네시아 등 동남아의 바이오디젤 생산잠재량은 650만 ㎘ 태국, 인도네시아, 필리핀, 베트남, 미얀마 등 동남아 국가들의 바이오에탄올 생산 잠재량은 4,300만 ㎘ 인도네시아는 2007년까지 4만8천톤의 바이오디젤 생산계획 말레이시아는 팜유를 이용한 바이오디젤생산 능력을 30만톤으로 확장할 계획이며 BD5를 2006년 보급 싱가포르는 20만톤 규모의 바이오디젤 공장건설 계획 13

바이오디젤 국내보급 현황 2002~2006.6: 바이오디젤 시범보급사업 2007년부터 9만 kL로 확대하여 전체 수송용 경유의 0.5%로 확대할 계획 2007년 연료용 유채재배 시범단지 조성(1500ha, 26억) 14

국내보급 장애요인: 제도적 장애 BD0.5는 일반경유에 비해 소비자 편익이나 환경적 편익이 있다고 보기 어려움 자가정비시설을 갖춘 차량에 대한 BD20 사용 권고를 하지만 대부분 경유에 대한 조세 면세(리터당 210원)로 BD20 이용율 저조 실질적인 면세혜택이나 환경적 편익을 발생시키기 위해서는 BD5~20으로 전환해야 함 규모를 확대할 경우 정유사의 반발, 대기업의 바이오디젤 시장 진입에 따른 중소 바이오디젤 업체의 도산 문제 15

국내보급 장애요인: 기술·경제적 장애 동남아 등 해외의 저렴한 원료(feedstock)확보 문제 팜유 등 아열대성 유지식물의 바이오디젤 이용시 저온유동성과 같은 기술적 장애 바이오에탄올의 경우 에탄올을 기존 저장탱크에 저장할 경우 수분혼입의 문제로 현재 석유품질관리원 및 민간 합동 실증연구 수행중(2008년에 연구결과 발표 예정) 국내에서 원료재배시 높은 임금과 토지가격으로 경제성이 떨어지므로 농업보조금 및 면세제도 없이는 국산 바이오연료 공급이 어려움 16

국산 유채꽃 이용한 BD 생산비용 추정 유채꽃 생산비용 분석 생산 항목별 비용 단위: \ /ha 자본비용 165,574 노동비용 2,400,106 종묘 및 비료비용 338,672 연료비 24,362 기타 84,750 총비용 3,013,463 2001-2003년 보리의 생산비용 분석 자료를 인용 (미래농정연구회, 2005) 기타 비용에는 농약 및 재료비 포함 17

바이오디젤 리터당 원료비 분석 원료비 단가 단위 비용 유채씨 생산량 (톤/ha) 4 유채씨 생산비 (원/톤) 753,366 바이오디젤 생산량( liters/유채씨톤당) 476 유채씨 생산비 (원/liter) 1,582 유채씨 1톤당 바이오디젤 생산량 = 0.43 (오일 함량)* 0.98 (추출율)* 1.13 (단위전환계수) * 1,000 18

유채유의 바이오디젤 전환비용: 자본비 바이오디젤 생산 자본비용 단위: 원 (\) 시설 투자비 10,000,000,000 자본차입비율 0.05 내구연한 20 연간자본비용 802,425,872 시설용량 (liters) 113,000,000 리터당 자본비용 7.1 시설 투자비에는 토지 매입비를 포함시키지 않았고, 자본차입비율은 2005년 평균 자본대출이자율 5% 적용 19

유채유의 바이오디젤 전환비용: 총비용 리터당 자본비 (\) 7.1 리터당 인건비 (\) 63 운영 및 유지비 (\) 479 리터당 총비용 (\) 549 운영 및 유지비에는 재료비, 촉매비, 연료비, 운송비, 유채씨로부터 유채유를 추출하는 비용 및 기타 부대비용이 포함된 것임 20

유채씨 이용 BD 생산의 부산물 편익 부산물 편익 항목 가치 바이오디젤 톤당 글리세린 생산량(톤) 0.1 kg당 글리세린의 가치 (\) 1,000 바이오디젤 리터당 글리세린의 가치 (\) 88 유채씨 톤당 유채박의 가치(\) 100,000 바이오디젤 리터당 유채박 가치(\) 210 유채씨 톤당 유채짚의 가치 (\) 9,799 바이오디젤 리터당 유채짚의 가치 (\) 21 바이오디젤 리터당 총 부산물 가치 (\) 319 21

바이오디젤 생산비 요약 비용 요약 Value(\) 리터당 유채씨 생산비 1,580 리터당 자본비 550 부산물 편익 -319 리터당 순 바이오디젤 생산비 1,811 바이오디젤 리터당 보조금혜택 -843 보조금과 부산물 편익을 감안한 리터당 순생산비 968 바이오디젤 해외가격 (280-841원/리터)보다 높은 수준이며, 석유가격이 리터당 $150 이상이 되어야 면세없이 경쟁 가능 22

국산 바이오디젤 생산잠재량 시나리오 시나리오 1: 휴경지 시나리오 2: 시나리오 1 + 겉보리 생산면적 시나리오 3: 시나리오 2 + 쌀보리 생산면적 시나리오 4: 시나리오 3 + 이모작 생산면적 시나리오 5: 시나리오 4 + 폐식용유 + 왕겨 선택된 유채종: 선망(목포 시험작물원 개발) - 오일 함량: 45.5% - 유채씨 생산량: 4.48톤/ha(밭경작지), 4톤/ha(벼경작지) 경유 면세율: \ 612/liter 농업보조금: \ 1,700,000/ha - 이모작: \ 843/리터, 밭농사: \ 753/리터 23

보리의 과잉생산 현황 및 요인 자료: 농민일보 (2007.2.8) 참조 ’06년 보리 재고량: 277천톤(연간 수요의 5.5배) 주요요인: 풍작, 대체주정원료(타피오카), 가정용 소비 급감 등 장기 보관으로 인한 관리비 증가, 품질 저하 등 야기 자료: 농민일보 (2007.2.8) 참조 24

국산 바이오디젤 생산잠재량 분석 시나리오 시나리오 1 시나리오 2 시나리오 3 시나리오 4 시나리오 5 생산면적 (ha) 47,800 56,800 83,800 550,000 BD생산량 (㎘) 107,900 128,216 189,164 1,128,775 1,318,615 경유 대체율 (%) 0.61 0.72 1.07 6.37 7.44 보조금 (십억원) 81.3 96.6 142.5 936.6 면세규모 66.0 78.5 115.8 690.8 807.0 총지원금 147.3 175.0 258.2 1,627.4 1,743.5 25

사회적 비용편익 분석: 기본전제 사회적 비용: 농업 보조금과 경유 면세 헥타르당 농업보조금: 170만원 리터당 면세액: 612원 사회적 편익: 석유대체편익, 환경적 편익 및 경관효과 석유대체편익: 배럴당 $49.37 적용(’05 두바이 평균) 이산화탄소, 이산화황, 질산화합물, 미세분진, 일산화탄소 저감 편익 이산화탄소는 EU의 배출권 거래평균가격 적용(€23/톤) 경관효과: 제주도의 유채수매가격(kg당 평균 1,020원)과 판매가격(kg당 300원)의 차이와 생산성(ha당 1.1톤)을 고려하여 적용 (806,000원/ha) 26

오염물질 발생량 및 저감량 오염물질 발생량 CO2(톤/톤) 3.069 미세먼지(kg/톤) 4.4 SO2 (kg/톤) 17 14.5 NOX (kg/톤) 42.3 오염물질 저감량 (BD100 기준) CO2 -78.45% CO -48% 미세먼지 -47% NOX 10% SO2 -100% 27

오염물질별 환경피해비용 추정(원/톤) 28 연구기관/오염물질 SO2 NOX 미세먼지 CO 한국전력 (1997) 11,238 422,137 594,962 -  261,940 742,176 2,923,742 2,548 임종수 (1996) - 158,002 4,365,362 KEI (1997) 130,134~ 262,004 1,934,118~ 3,486,267 91,272~ 172,200 kei 평균 196,069 2,710,193 131,736 UNEP (1998) 9,834,000 8,755,000 28,583,000 7,276,000 EC (2002) 57,960,000 4,850,0007 301,940,000 최대, 최소값을 제외한 평균 3,430,670 2,660,777 9,116,767 3,639,274 28

CASE I: 보조금 + 부산물 편익 제외 29 구분(단위: 억원) 시나리오1 시나리오2 시나리오3 시나리오4 시나리오5 생산면적(ha) 47,800 56,800 83,800 550,000 BD 생산량(KL) 107,900 128,216 189,164 1,128,775 1,318,615 경유대체율(%) 0.6 0.7 1.1 6.4 7.4 농업 보조금 813 966 1,425 9,366 세수감소액 660 785 1,158 6,908 8,070 사회적 비용 1,473 1,750 2,582 16,274 17,435 사회적 편익 890 1,058 1,561 9,716 10,604 석유대체편익 335 398 587 3,505 4,095 경관보전효과 385 458 675 4,433 CO2저감편익 71 85 125 748 873 SOX 저감편익 63 75 110 658 769 NOX 증가비용 -12 -14 -21 -127 -148 PM 저감편익 20 24 36 213 249 CO 저감편익 27 32 48 286 334 사회적 순편익 -583 -692 -1,022 -6,558 -6,831 29

CASE II: 보조금 + 부산물 편익 포함 30 구분(단위: 억원) 시나리오1 시나리오2 시나리오3 시나리오4 시나리오5 BD 생산량(KL) 107,900 128,216 189,164 1,128,775 1,318,615 경유대체율(%) 0.6 0.7 1.1 6.4 7.4 농업 보조금 813 966 1,425 9,366 세수감소액 660 785 1,158 6,908 8,070 사회적 비용 1,473 1,750 2,582 16,274 17,435 사회적 편익 1,231 1,463 2,158 13,486 14,564 석유대체편익 335 398 587 3,505 4,095 경관보전효과 385 458 675 4,433 CO2저감편익 71 85 125 748 873 SOX 저감편익 63 75 110 658 769 NOX 증가비용 -12 -14 -21 -127 -148 PM 저감편익 20 24 36 213 249 CO 저감편익 27 32 48 286 334 유채박 부산물 편익 214 254 375 2,240 유채짚 부산물 편익 19 22 33 401 글리세린 부산물 편익 108 128 189 1,129 1,319 사회적 순편익 -242 -287 -424 -2,788 -2,871 30

CASE III: 부산물 편익+실질 보조금 반영 구분(단위: 억원) 시나리오1 시나리오2 시나리오3 시나리오4 시나리오5 BD 생산량(KL) 107,900 128,216 189,164 1,128,775 1,318,615 보조금 813 779 677 -2,148 세수감소액 660 785 1,158 6,908 8,070 사회적 비용 1,473 1,563 1,835 4,760 5,922 사회적 편익 1,231 1,463 2,158 13,486 14,564 석유대체편익 335 398 587 3,505 4,095 경관보전효과 385 458 675 4,433 CO2저감편익 71 85 125 748 873 SOX 저감편익 63 75 110 658 769 NOX 증가비용 -12 -14 -21 -127 -148 PM 저감편익 20 24 36 213 249 CO 저감편익 27 32 48 286 334 유채박 부산물 편익 214 254 375 2,240 유채짚 부산물 편익 19 22 33 401 글리세린 부산물 편익 108 128 189 1,129 1,319 사회적 순편익 -242 -101 323 8,726 8,642 31

실질 보조금의 계산 가격(원/kg) 보리 유채 수매가격(a) 799 국제가격(b) 176 320 보조금(a-b) 623 479 휴경지: 경관보전직불제 적용(170만원/ha) 보리경작지 및 이모작 지역: 유채로 대체할 경우 보리재배시의 실질 보조와 유채재배시의 실질 보조 비교 보리의 실질보조(623원)와 유채의 실질보조(479원)간의 차이=145원 (유채로 전환할 경우 보조금이 줄어듦) 가격(원/kg) 보리 유채 수매가격(a) 799 국제가격(b) 176 320 보조금(a-b) 623 479 32

요약 및 결론 수송용 대체연료로서 바이오연료의 보급은 세계적인 추세임 우리나라의 수송용 경유소비가 휘발유의 2배에 이르고, 바이오디젤이 바이오에탄올에 비해 인프라 비용이 저렴하다는 측면에서 우선적으로 바이오디젤은 석유대체연료로 보급가능한 수단임 유채유를 이용한 국산 바이오디젤 생산이 가능하지만 경제성이 낮다는 문제점이 있음 이를 해결하기 위해서는 단기적으로는 사회적 편익만큼 가격보조를 통해, 장기적으로는 기술혁신을 통해 바이오디젤 생산비용을 낮추어야 함 비록 원료를 수입하는 것보다 사회적 비용이 크지만 농촌경제의 활성화, 에너지 국산화에 의한 고유가 대응 등을 사회적 편익으로 볼 수 있음 33

요약 및 결론 유휴농지(47,800ha)는 바이오디젤용 유채를 재배할 수 있는 단기적 대안임 중장기적으로 과잉생산되고 있는 겉보리(9천ha) 및 쌀보리(27천ha) 생산지역을 유채재배지로 전환가능함 또한 이모작 지역의 경우 쌀+보리 대신 쌀+유채 재배를 통해 바이오디젤 원료 확보가능함 청정연료용 작물에 대한 농업보조는 무역제제로부터 자유롭다는 측면에서 연료용 유채재배는 농업부문에 유리함 바이오연료 보급을 통해 기후변화협약에도 적극적으로 대처가능하며, 대기질 개선에도 효과가 있다는 측면에서 환경부문에서 적극적으로 검토필요 그러나 면세로 인한 세수감소, 농업보조금에 대한 사회적 합의 및 재원조달 문제가 선결 조건임 34

요약 및 결론 제8차 APEC 에너지 장관회담에서 바이오연료 보급을 위한 APEC 국가간 협력 아젠다를 오는 5월 호주에서 채택할 예정 국산 바이오디젤 잠재량은 경유소비의 7% 정도로 추정되며 바이오연료의 사용확대를 위해서는 교역을 통해 해외원료 기지 확보 및 국가간 기술제휴가 뒷받침 되어야 함 유채재배지를 확대할 경우 국내 농경지의 30%가 영향을 받는다는 점에서 농산물 시장에 미치는 영향이 지대하므로 차세대 바이오연료 기술개발이 필요함 바이오연료의 가격은 기후조건, 농산물 가격, 국제 유가 등 다양한 요인에 의해 영향을 받아 변동성이 크므로 배출권 거래제에서 논의되고 있는 실물옵션 등 다양한 금융제도를 검토할 필요가 있음 35