가장 낮은 탄소함유 연료 
국내 DME산업의 리더,
바이오프랜즈

▲인터뷰를 하는 (주)바이오프랜즈 조원준 대표

국제유가에 대한 우리 국민의 관심은 남다르다. 그도 그럴 것이 우리 경제와 사회에 미치는 영향이 매우 크기 때문인데 비단 우리나라만이 아니라 산유국조차 국제유가에서 결코 자유롭지 못하다. 그러나 2050 탄소중립을 선언한 우리에게 석유 경제는 더 이상 지속가능하지 않다. 이제 우리 산업은 눈앞에 경제적 논리를 넘어 탄소중립을 위한 새로운 대체연료를 준비해야 한다. 최근 선진국을 중심으로 이퓨얼(e-fuel)에 대한 관심이 높아지고 있음도 바로 같은 이유다. 모빌리티 인사이트에서는 국내 DME산업의 리더인 바이오프랜즈를 만났다. 아직은 생소하고 초기인 국내 친환경 에너지 시장에서 기술개발과 시장개척이라는 어려운 여건 속에 미래 에너지 산업의 가능성을 비전으로 성장하고 있는 바이오프랜즈의 그린바이오에너지순환이라는 비전을 담아본다.

관점을 바꾸면 미래가 보인다! 
㈜바이오프랜즈

탄소중립의 중요 전략 중 하나가 바로 저배출 대체연료 개발이다. 그럼에도 우리나라의 친환경연료 개발은 부진한 상태다. 좀 더 냉혹하게 이야기 한다면 학계와 연구소를 중심으로 필요성과 가능성만 언급되는 수준이라고 말할 수 있다. 이런 상황에서 친환경 에너지 전문기업인 바이오프랜즈는 우리에게 특별하다. 바이오프랜즈는 2016년 설립한 신생기업임에도 불구하고 국내 디메틸에테르(DME,DiMethyl Ether, 이하 DME)산업을 대표하는 리더 기업으로 성장했다. 조원준 대표는 24년간 한국가스공사에서 근무하였고 재직 당시 수석 연구원을 거쳐 연구개발센터장으로 천연가스에서 DME 직접 추출기술 개발에 성공했다. 순도 99.5%의 고품질 DME였다. 이뿐 아니라 DME 추출에 필요한 촉매 물질 개발과 촉매를 담는 용기(반응기)국산화도 성공했다. 그런 조원준 대표는 왜 창업을 결심했을까?

“한국가스공사에서 2000년부터 약 14년간 DME분야를 연구했는데 당시 DME은 미세먼지가 발생하지 않고 세탄가(cetane number)가 높았기 때문에 디젤을 대체할 수 있는 새로운 친환경 연료로 주목받았습니다. 새로운 연료 개발을 위해 간접추출방식의 단점을 해소할 직접추출 기술을 개발하고 한국자동차연구원과 함께 DME트럭, DME충전소를 만들었으며 한국교통대학교과 협업하여 DME  보급사업도  계획했습니다.”

그러나  한국가스공사의 DME 연료개발 사업은 2013년 이후 추진동력을 잃고 만다.

“국제유가가 직접적인 이유였습니다. 2013년 까지만 해도 국제유가는 100달러를 유지하면서 강세였지만 미국, 중국 등 에서 셰일가스의 등장으로 국제유가는 폭락하게 됩니다. 원유 가격이 하락하자 산업계는 새로운 연료에 대한 필요성을 느끼지 못하게 된 것입니다.”

하지만 조원준 대표는 대체연료로서 DME의 가치를 다르게 봤다. 조만간 친환경 에너지에 대한 중요성이 부각할 것으로 생각했다.

“2014년 한국가스공사를 퇴직하고 2016년 창업하게 되었습니다. 제가 해왔던 연구이기 때문이 아니라 기후변화와 온실가스 등 환경 위기를 해결하기 위해서는 경제논리보다 DME와 같은 친환경 대체 연료가 시장에서 가치를 인정받는 시기가 반드시 올 것이라고 확신했기 때문입니다.”

DME가 뭐죠? 아직 낯설기만 한 시장

국내 DME산업 역사는 짧고 그만큼 시장에서 DME인지도 역시 낮다. 바이오프랜즈는 글로벌 시장에서도 손색없는 DME 제조기술을 갖고 있지만 기술만으로는 부족했다.

“창업 후 기술보다 시장이 문제였습니다. 우리 산업계에서 DME은 아직 생소한 물질로 본래 연료목적으로 개발했지만 당장 DME를 생산해도 연료시장 진출은 가능성이 낮았기 때문에 초기에는 바로 진입할 수 있는 케미칼 시장에 집중했습니다. 케미칼 제품으로도 DME의 장 
점은 충분한데 온난화 유발지수를 나타내는 지구온난화지수 (GWP)를 살펴보면 가스별로 이산화탄소를 1로 보았을 때, 메탄은 28, 프레온 가스는 1,300-23,900으로 매우 높고 그나마 낮은 인체용 LPG 역시 3~4 정도 수준입니다. 반면 DME의 지구온난화지수는 0.3으로 기존 산업용으로 사용되던 인체용 LPG와 비교해도 1/10수준으로 적기 때문에 온난화에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있어서 기존 석유화학 제품의 대체품으로 DME를 홍보하며 에어로졸, 친환경 냉매 등 산업 분야에 주로 공급하고 있습니다.”  

현재 국내 DME시장 규모는 연간 2~300억 정도 수준으로 바이오프랜즈의 시장 점유율은 60%수준이다. 앞으로 바이오프랜즈는 케미칼 시장 점유율을 80%까지 끌어올리는 것이 목표다.

“현재 국내 DME 산업의 수요는 연간 2만 톤 정도 수준으로 전체 시장을 모두 점유한다고 해도 연료 시장에 도전하기에는 규모가 적어 가격 경쟁력 확보가 어렵습니다.”

DME가 연료시장에서 도전하려면 최소 10만 톤 이상, 수십만 톤 생산을 통해 가격경쟁력을 갖춰야만 한다. 바이오프랜즈가 기존 케미칼 시장에서 점유율 높이려는 이유는 DME시장 규모가 매우 중요하기 때문이다.

자동차산업 LPG와 DME 혼합사용 
중국에서는 이미 상용화, 유럽도 준비중

▲ 그린 바이오에너지 순환구조

코로나19 이후 유럽의 LPG수요는 꾸준한 성장세를 이어가고 있다. LPG가 국제유가로부터 공급과 수요에서 안정적이라는 장점과 환경적으로도 다른 화석연료에 비해 친환경 에너지원으로 인정받고 있기 때문이다. 특히 중국은 일찍부터 DME와 LPG의 혼합사용을 적극적으로 추진하고 있다.

“DME은 미세먼지 저감효과가 뛰어납니다. 자동차연료로 사용되는 LPG와 혼합사용하면 기존 순수 LPG자동차보다 탄소배출량을 최소 35%부터 많게는 60%까지 감축할 수 있습니다.  
현재 혼합사용 시장은 중국이 1위로 2022년 기준 연간 약 290만톤 정도의 DME를 연료용으로 사용하고 있고 최근 유럽에서도 DME와LPG 혼합사용에 대한 인세티브 정책을 펼치는 등 적극적으로 혼합 사용을 추진하고 있습니다. 미국 역시 서부의 서버번 프로판과 DME 전문기업인 오베론은 혼합연료를 만들어 캘리포니아에 공급하고 있습니다. 해외에서는 DME와 LPG혼합연료 시장을 초기이지만 앞으로 적극적으로 추진할 것으로 보여 앞으로 국내에서도 DME 혼합연료 사용을 적극적으로 검토하고 추진할 필요가 있습니다.”

국내 LPG 자동차는에 감소추세로 2010년 245만대까지 성장했다가 2022년 에는 200만대 수준으로 줄어들었다. 앞으로 LPG와 DME혼합사용을 통해 LPG자동차의 소비 회복에도 긍정적인 역할을 할 수 있을 것으로 본다.

“LPG자동차에 DME를 10%정도 혼합사용해도 연비에는 전혀 영향을 미치지 않습니다. 동시에 탄소배출은 줄어 환경적으로도 더 우수한 연료가 됩니다. 현재 국내 LPG소비량은 연간 약 1,000만톤이며 이중 자동차 연료로 200만톤 정도가 사용됩니다. DME와 LPG 혼합사용 비율을 10% 수준으로 추정하면 연간 20만톤 정도의 DME시장이 새롭게 만들어지는데 이는 국내 DME산업이 규모의 경제를 달성함으로서 글로벌경쟁력을 확보하는 데 큰 역할을 기대할  
수 있습니다.”

2021년 말 기준 유럽의 LPG자동차 비중은 세계 LPG동동차의 72%를 차지하고 할만큼 LPG자동차는 친환경차로 인정받고 있으며 동시에 다양한 지원 정책도 누리고 있다.  

화석연료 기반 DME 의미없어 
eDME 전환이 미래 경쟁력

DME의 원료는 메탄올이다. 창업 전 조원준 대표는 엔지니어로서 국내 최초 천연가스 DME 직접추출기술을 개발해 으뜸기술상을 수상했다. 그럼에도 조원준 대표는 앞으로 DME는 반드시 탄소포집을 통해 제조해야만 시장 경쟁력을 확보할 수 있다고 말한다.

“저희 바이오프랜즈의 비전은 그린바이오에너지순환구조의 완성으로 탄소포집 후 저희만의 전환기술로 만들어지는 eDME를 통해 탄소절감이라는 새로운 가치를 만들어 낼 수 있습니다.”

순환구조의 첫 단추는 탄소포집으로 탄소배출량이 높은 시멘트나 석유화학 등 산업지역에서 이산화탄소를 포집함으로서 탄소절감효과와 함께 e메탄올의 연료인 탄소를 공급하게 된다. 이후 바이오프랜즈의 전환기술을 통해 eDME가 만들어진다.

“지난 2021년부터 「충북도 청정원료 생산기지 기반구축 실증사업」을 통해 충북 단양의  시멘트 산업단지에서 이산화탄소를 포집해 메탄올과 DME 생산할 수 있는 공장을 준공하고 있으며 2025년부터는 연간 약 7천 톤의 메탄올을 생산할 것으로 기대하고 있습니다. 또한, 2026년엔 충청, 강원권 이산화탄소를 포집하여 CCU기술을 이용해 e메탄올 10만 톤 이상, eDME 4.5만 톤을 생산하는 것을 목표로 하고 있습니다."

DME 시장 잠재력 커 다각적으로 키울 것

▲ 바이오프랜즈 보은 1공장

DME은 본래 새로운 대체연료로 개발했다. 그만큼 연료로서 수송시장과 난방시장 그리고 발전시장에서 시장 진출을 기대해 볼 수 있다. 시장 확대를 힘쓰고 있는 바이오프랜즈가 각 분야별 사업을 어떻게 준비중인지 살펴봤다.

탄소중립 사각지대, 소형선박 수송연료로  
DME시장 개척 중

조원준 대표는 자동차 연료로서 DME활용은 제한적으로 봤다. 자동차시장에서 새로운 에너지원으로 사용하기 위해서 인프라 투자비용이 지나치게 커 비효율적이라는 판단 때문이다. 하지만 자동차 이외에 수송분야 특히 선박시장으로 확대해보면 상황은 다르다.

“소형선박에 친환경 연료로 DME는 충분한 시장성을 갖고 있습니다. 탄소중립을 위해 전동화가 대세지만 선박에서는 저배출 연료를 사용하는 내연기관이 거의 유일한 방안으로 대형선박의 경우 국제해사기구(IMO)의 환경규제를 통해 강력한 탄소저감조치들이 실행중으로 메탄올이나 암모니아 선박을 개발하고 있지만 소형선박의 상황은 완전히 다릅니다. 해양수산부의 자료에 따르면 2021년 기준 해양수산분야 온실가스 배출량은 406만1,000톤이고 이중 소형선박의 배출량은 304만톤으로 전체 70%를 차지하고 있지만 2017년부터 지난 5년 
간 소형선박의 배출가스 개선실적은 단 1척도 없습니다. 정책지원이 대형선박에만 치중하고 있어 실제 온실가스 주범인 소형선박의 개선책이 시급한 상황입니다.”

바이오프랜즈는 소형선박의 개선을 위해 2023년부터 「소형디젤선박용 저탄소고효율 DME 연료시스템 개발 및 실증사업」을 통해 목표해양대학교와 함께 2027년까지 eDME 선박을 개발할 계획이다.

“우리나라에는 약 6만 5천대의 연·근해 소형선박이 있으며 그중 41%인 2만 7천대가 전남 목포와 신안지역에 밀집해 있어 해당 지역자치단체의 관심이 높습니다. 먼저 eDME선박을 개발하고 해안지역에 충전소를 설치하면 국내 소형선박들의 온실가스 배출 절감과 함께 DME를 사용하는 새로운 수송분야 연료 시장을 만들어 낼 수 있습니다.”

산업용 연료로서 경쟁력 충분! 사례없어 시장개척 난항

2021년 기준 국내 산업용 보일러는 약 4~5만대 수준이고 석탄, 벙커C유, 부생연료유, 경유, LPG, 천연가스 등 다양한 연료를 사용하는 것으로 조사됐다. 분야별 온실가스 배출량에서 공공전기 및 열생산분야는 전체 배출량의 32.7%를 차지하는데 그만큼 산업용 보일러 시장에서도 온실가스 절감이 절실하고 동시에 DME의 새로운 시장으로 유력한 분야다.

“산업용 보일러는 평균 10년 정도의 교체 주기로 갖고 있어 연간 약 4,000~5,000대의 교체 수요가 있습니다. 대표적인 친환경 연료인 LNG와 비교했을 때 LPG보일러는 가격경쟁력이  
우수해 최근 LPG보일러 교체 수요가 많은데 산업용 LPG보일러 시장에 저희 DME와 LPG혼합사용으로 새로운 시장을 만들 수 있습니다. 앞서 설명드린대로 성능에 문제없이 탄소배출량을 35% 이상 감축할 수 있지만 도입사례가 없어 아직 지방자치단체와 관련 정부기관을 설득하고 있습니다. 이미 해외에 혼합사용의 사례가 있음에도 도입사례가 없어 사업화가 어려운 점이 아쉽고 적극적인 정책검토가 필요하다고 생각합니다.”  

미래 농업 스마트팜과 만난 DME 
분산발전으로 친환경과 경제성 기대

Industry 4.0의 대표적인 분야 중 하나가 농업 4.0으로 유럽을 중심으로 스마트팜의 규모가 빠르게 성장하고 있는데 네덜란드의 푸드밸리나 유럽의 온실로 불리는 벤로형(Venlo) 온실 역시 미래 농업을 견인하고 있다. 우리나라도 농업디지털화를 위해 시설·설비분야, 통합관리시스템, 관수공급 설비 등이 도입되고 있는데 앞으로 시설농업의 경쟁력은 스마트화와 함께 친환경성 확보가 중요하다.

“농촌은 면세유와 면세전기 등 정부 혜택을 지원받고 있습니다. 국가 기간산업인 농업의 중요성에 비춰볼 때 꼭 필요한 정책이지만 탄소중립 관점에서 본다면 화석연료에 대한 지원을 지속하기 어렵습니다. 저희는 국내 농업을 새로운 모델 CO₂ 순환 농촌마을 건립이라는 목표를 세우고 분산발전 시스템과 CO₂ 포집을 통한 새로운 순환 농업을 개발하고 있습니다.”  

현재 시설농가의 보일러는 다양하지만 친환경제품으로 주목받고 있는 제품은  전기보일러, 공기열보일러, 지열보일러 세 가지다. 우선 전기보일러의 경우 높은 연료비 문제, 공기열의 경우 겨울철 영하 10도 이하에서 성능의 한계, 지열의 경우 고가의 설치비용이 한계로 꼽힌 
다. 바이오프랜즈는 새로운 대안으로  DME분산발전시스템을 개발, 가나안농군학교에 설치해 운영하고 있다.

“저희 DME분산발전시스템은 DME를 연료로 이용해서 40kW 규모 분산 발전기 2기를 통해 독립발전으로 스마트팜이나 식물공장에 필요한 냉·난방을 공급합니다. 처음 분산발전시스템 연료로 수소연료전지를 구상했지만 수소의 가격경쟁력을 기대하기 어려워 자체적으로 DME 연료전지를 개발했습니다. 저희가 개발한 DME분산발전시스템은 500평 정도 
의 재배시설을 기준으로 2~3000만원대로 설치가 가능해 성능면에서 우수성과 경제성을 갖췄다고 생각합니다.”

탄소활용의 키는 수소! 
청록수소는 현재형 에너지

바이오프랜즈의 또 다른 주력산업은 바로 수소생산플랜트사업으로 포트폴리오를 만들어가고 있다. 지난 2020년 한국가스공사의 창원 거점형 수소생산기지와 광주거점형 수소생산기지를 수주해 2023년 완공을 목표로 진행하고 있다.

“저희는 DME만큼 수소산업에 대해서도 진심입니다.” 수소사업에 대한 조원준 대표의 애정이 느껴진다. “탄소중립을 위해 CO₂ 포집은 꼭 필요하지만 탄소활용의 키는 결국 수소입니다. 현재 CO₂ 포집비용이 톤당 600~1,000달러 수준으로 매립을 전제로 한 탄소포집 활동은 경제성이 없어 보입니다. 결국 포집한 CO₂는 수소와 결합해 e-fuel로 재사용하는 에너지 순환구조를 만들 때 CCUS역시 경쟁력을 갖춘 산업이 될 수 있습니다. 문제는 그린수소입니다. 개인적으로 경제성을 갖춘 가격과 환경성을 갖춘 수소는 블루수소라고 생각하며 저희는 블루수소 중 하나인 청록수소로 수소생산사업을 만들어갈 계획입니다.”

바이오프랜즈는 수소생산과 관련된 다양한 기술을 보유하고 있는데 수증기개질(SMR)이나 자열 개질(ATR) 기술도 갖고 있지만 조원준 대표는 DC 플라즈마 기술로 생산하는 청록수소에 집중하고 있다.

“청록수소는 생산과정에서 CO₂ 배출량이 없는 100%환경친화적인 DC공법으로 순수한 수소와 전기 전도성 카본 블랙을 생산하는 전환기술입니다. 그린수소가 언제인지 모를 미래의 에너지원이라면 블루수소는 현재의 에너지원이라고 말씀드리고 싶습니다.”

한국DME산업협회국제협력채널로 역할 충실할 것

조원준 대표는 2022년 3월부터 한국DME협회의 회장을 맡고 있다. 한국DME협회의 활동과 목표에 대해 들어봤다.

“저희 한국DME협회는 2003년 창립했으며 2022년 제가 11대 회장으로 취임했습니다. 현재 협회에는 11개 회원사가 참여하고 있으며 제조설비분과, 발전설비분과, 수송설비분과, 수요개발분과 등 4개 분과를 중심으로  활동하고 있습니다. 협회의 목표는 첫째, 협회 활동을 통해 다양한 분야의 DME산업체간의 교류와 국내·외 전문가와 기업인들의 소통의 장을 만들고자 하며 둘째, DME산업에 대한 지방자치단체와 중앙정부의 관심을 유도하는데 적극적인 역할을 할 수 있도록 노력하고 있습니다. 마지막으로 국내DME산업이 글로벌 시장으로 성장하기 위한 전초기지로서 역할에 중점을 두고 있습니다. 이를 위해 2004년 제1회 아시아DME포럼을 시작했고 2022년 제11회 아시아·태평양DME포럼을 개최까지 이어지고 있습니다. 특히 작년 포럼은 코로나19로 인해 3년만에 진행되었는데 DME산업에 대해 인도네시아, 일본, 태국, 필리핀 등 동남아시아 국가들의 높은 관심을 확인할 수 있었습니다. 이들 국가들이 전동화에 필요한 인프라 구축이나 자연조건이 열악한 상황으로 DME시장이 앞으로 나아가야 할 방향성을 시사한다고 말할 수 있습니다. 앞으로 포럼을 통해 협회가 우리 DME산업의 국제 
협력 채널로 구심점 역할을 할 수 있도록 강화해나가고자 합니다.”

DME와 청록수소로 
글로벌 그린바이오에너지기업으로 성장

DME산업은 국내는 물론 해외시장 역시 시장진입기 수준이다. 이는 우리 DME산업이 글로벌 시장에서 선도국가로 성장할 수 있는 기회인 셈이다. 특히 세계적인 제조강국인 중국이 주변에 있다는 점을 고려한다면 성장의 속도를 높여 규모의 경제를 달성하는 것이 중요하 
다.

“우선 DME사업과 수소산업으로 나누어서 사업 전략을 말씀드리겠습니다. DME 사업전략이 핵심은 시장 확대와 글로벌화를 통한 규모의 경제 달성입니다. 한정적인 국내 시장을 벗어나 2027년까지는 글로벌 생산라인으로 갖추고 글로벌 시장으로 판매처를 확대해 획기적인 생산 규모 확장을 목표로 하고 있습니다. 현재 국내 DME시장을 연료 시장까지 늘려 연간 10만 톤 규모를 키워도 에너지 사업으로서 는 작은 규모로 지속적인 경쟁력 확보는 어렵습니다. 한국가스공사의 천연가스 규모가 연간 4천만 톤이고, SK에너지의 LPG규모는 연간 400만 톤 이상 수준으로 저희 역시 최소 100만톤에 근접하는 규모로 성장해야만 글로벌 시장에서 연료로서 DME의 경쟁력을 갖출 수 있다고 생각합니다. 이를 위해 단기적으로는 인도네시아에 DME 공장 건립을 통해 글로벌 제조 기반을 확보하고 유럽과 미국 등 해외 시장 진출을 목표로 하고 있습니다. 둘째, 수소사업은 청록수소 생산플랜트 사업의 리더가 되고자 합니다. 일부 국가들의 탄소중립 목표 시기가 2030년이기에 2028년부터 모든 에너지원에 대한 전방위적인 탄소중립 압박이 강화될 것으로 봅니다. 이런 환경 변화로 e-fuel 역시 예상보다 빠른 2030년부터는 시장이 형성될 것으로 예상하는데 핵심은 그린수소에서 블루수소로 전환입니다. 가격경쟁력을 확보는 어려운 그린수소보다는 청록수소를 포함한 블루수소에 기회가 올 것으로 예상하고 있고 2030년부터 2040년까지 10년간 규모의 성장을 통해 2050년까지 탄소중립에 대한 새로운 비전을 통해 탄소중립에 기여하는 진정한 그린 바이오에너지 기업으로 성장하고자 합니다.”

지난해 바이오프랜즈의 매출은 147억 원을 기록했다. 2016년 창업 후 10년이 되지 않아 시장을 개척하며 만들어 온 결과다. 하지만 본격적인 성장은 이제부터다. 탄소중립을 향한 시간이 다가올수록 시장은 바이오프랜즈의 비전대로 움직일 수 있을 것이다. 마지막으로  
제 2공장 준공과 해외시장 진출 등 바쁜 일정에도 인터뷰에 응해준 조원준 대표께 감사 말씀드린다.

출처 : 한국자동차연구원 https://www.katech.re.kr