실제로 지속가능한 eFuels (합성연료)를 만드는 방법

합성 연료를 재생 가능한 에너지로 생산한다면, 장기적으로 내연기관을 작동하는 데 필요한  기후 중립 해법이 될 수 있다. 

   

이상적인 조건:

이상적인 조건:

칠레 남부의 황량한 풍경을 가로지르는 바람이 끊임없이 분다. 포르쉐는 이곳에서 얻은 재생 에너지를 이용해 합성 연료를 생산한다.

지구의 에너지 잠재력은 풍부하다.  전 세계 어디에서나 태양과 바람은 무한한 자원이다. 지역에 따라 정도의 차이는 있어서, 바람이나 햇빛이 부족한 지역은 에너지 수요를 충당할 수 없거나 기껏해야 부분적으로만 활용하는 데 그친다. 예를 들어, 독일에서는 풍력 터빈이 연간 평균 66일 정도만 최대 용량으로 작동한다. 독일연방통신청에 따르면 2022년 소비된 전기의 25.9%가 풍력 발전으로 공급됐다.  이 재생 에너지의 일부는 전기 자동차에서 이동 수단의 수명 주기의 친환경성을 평가하는  데 중요한 역할을 한다. 현재 전 세계 내연기관 자동차 수는 13억 대에 이른다. 이 차들은 앞으로도 한동안 도로 위를 굴러다닐 것이므로, 환경친화적 이용에 대한 해법이 필요하다.  기후 중립적인 방식으로 생산하는 합성 연료 eFuels도 해법 중 하나다. 포르쉐는 남아메리카에 전 세계 유일한 생산 설비를 갖추고 합성 연료 생산에 전념하고 있다. 

가동 준비 완료:

가동 준비 완료:

시범 단계 동안 칠레 푼타 아레나스에 있는 하루 오니 생산 설비에서 연간 13만L의 eFuels를 생산할 계획이다.

파타고니아 시범 프로젝트

칠레 파타고니아 지역에 있는 푼타 아레나스에는 13만여 명의 주민이 거주한다. 칠레 최남단에 자리 잡은 이 도시는 마젤란 해협의 서쪽 해안에서 가장 중요한  무역의 중심지이고 바람이 많이 부는 곳이다. 거의 항상 같은 방향에서 황량한 풍경을 가로지르는 강풍이 끊임없이 분다. 바람이 한 방향으로만 강하게 불어서, 나무도 ‘깃발  나무’라고 부르는 기괴한 조각품이 된다. 연간 270일 동안 풍력 터빈을 최대 용량으로 가동할 수 있는 바람이 불지만, 아직 풍력 에너지를 활용하지는 않는다. 포르쉐는 국제 협력사들과 보물 같은 자원을 활용하고자  칠레 회사 HIF(Highly Innovative Fuels)의 지분 11.6%를 인수했다. 이곳의 풍력 에너지를 이용해 합성 연료를 생산하는 것이 포르쉐의 목표다. 2022년 12월 문을 연  푼타 아레나스 인근의 생산 설비는 ‘하루 오니(Haru Oni)’라고 부르는데, 현지 방언으로  ‘바람의 나라’를 뜻한다. 시범 단계에서 이미 연간 13만L의 eFuels 생산을 계획하고 있다. 

순환:
생산 공정 동안 이산화탄소를 주변 공기에서 직접 걸러낸다. 완성된 연료 는 궁극적으로 이산화탄소와 물로만 구성되고, 평상시처럼 주유기에서 주유할 수 있다.

공기와 물로 생산한 연료

eFuels 생산의 첫 번째 단계에서는 수소를 얻기 위해 많은 전기분해가 필요하므로  친환경 전기의 지속적인 가용 여부가 무엇보다 중요하다. 물(H2O)은 매우 안정적인 화합물이다. 두 개의 수소 원자(H)가 하나의 산소 원자(O)와 함께 물 분자를 형성한다.  이 결합에서 수소를 추출하려면 많은 에너지가 필요하다. 파타고니아에서는 바람이 에너지를 무한히 제공하므로 수소를 지속가능한 방식으로 저렴하게 생산할 수 있다. 반대로 에너지가 부족한 지역에서는 최대 효율을 위해 생산한 전기를 바로 사용해야 한다.

eFuels를 생산하려면 수소 외에도 두 번째 구성 요소인 이산화탄소(CO₂)가 필요하다. 이산화탄소는 대기 중의 밀도가 너무  높을 때 지구 온난화를 촉진하는 온실가스다. 자동차의 촉매 변환기와 유사한 세라믹  필터에 공기를 흘려보내는 직접적인 공기 포집 방식으로 이산화탄소를 걸러낼 수 있다. 공기가 흘러가는 통로에는 귀금속이 아니라 이산화탄소 분자와 결합하는 화학 물질이 들어 있다. 모든 공간에 이산화탄소가 가득 차면 필터를 차단하고 진공 상태에서 가열한 후, 분리되어 나온 이산화탄소를 탱크에 모은다. eFuels 1L를 생산하려면 수소를 얻을 담수화한 바닷물 3L와 이산화탄소를 추출할 공기 6000m3가 필요하다. 

eFuels 준비와 사용

이후 합성 설비에서 수소와 이산화탄소를 결합해 메탄올을 생산한다. 메탄올은 보관과 운송이 쉽고 내노화성이 우수하다. 현재  선박 엔진은 메탄올로 작동하도록 바뀌고 있다. 승용차에 사용하려면 메탄올에서 가솔린으로 최종 합성하는 과정에서 탄소 화합물을 추가하는 등 별도의 공정을 거쳐야 한다. 최종 제품은 가솔린과 디젤의 대체  연료, 석유 기반 연료에 혼합해 지속해서 유해 물질 배출량을 줄일 수 있는 eFuels이다. 


비전

2020년대 말이면 푼타 아레나스의 연간 eFuels 생산은 5억5000만L로 늘어날 예정이다.

칠레에서 생산하는 연료는 공기와 물로만 구성된다. 이 연료는 전 세계 주유소에서 판매할 수 있다. 올드타이머부터 고성능 경주차까지 모든 내연기관에 eFuels를 사용할 수 있다는 점도 매우 중요하다. 가용성이 충분히 높아지면 생산 공정에서 주변 공기로부터 추출한 이산화탄소의 양이 연소 과정에서 배출되는 이산화탄소의 양보다 많아진다. 그러면 이산화탄소의 순환이 줄어들어서 기후 중립이 실현될 수 있다. 푼타 아레나스에서 연간 생산하는 eFuels는 2025년경 5500만L로 늘어날 것이다. 나아가 2년 후에는 5억5000만L로 더 확장할 계획이다. 이는 독일 승용차 연료 수요의 1.2%에 해당한다. 잠재력이 큰 시장이 새로 열렸다.

Heike Hientzsch
Heike Hientzsch

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