1. 기술로드맵

□ (총론) 항공부문 탄소감축 및 글로벌 정책 대응을 위해 EU, 미국 등에서 의무화 중인 지속가능 항공 연료(Sustainable aviation fuel, SAF) 기술 개발을 위한 중소기업 전략기술로드맵 구축

○ (중소기업 기술개발전략1) 이산화탄소 원료를 화석연료가 아닌 전기에너지, 광에너지 등을 활용하여 SAF를 제조할 수 있는 촉매 및 화학공정 기술개발

○ (중소기업 기술개발전략2) Bioethanol, HEFA 등 바이오매스를 전환을 통한 SAF 제조 기술개발

[ 「CCU 활용 친환경 SAF 제조 시스템」 로드맵 ]

2. 개요

가. 정의 및 필요성

(1) 정의

□ 항공부문 탈탄소화를 위한 non-petroeum 원료 기반 SAF 제조 기술 개발

○ 지속가능 원료 (CO2, 바이오매스)를 활용한 SAF 제조 기술

○ 빠르게 개발이 가능한 바이오매스 기반 SAF 제조 기술과, 높은 탈탄소 효과를 가진 CO2 기반 e-SAF 제조 기술 개발 동시 추진

(2) 기술개발 필요성

□ 기후 변화대응을 위해 전세계적으로 탄소중립은 중요한 이슈로 자리잡았으나, 발전, 산업, 농업 등의 부문에 비해 수송부문은 탈탄소가 더디게 이루어 지는 중

○ 도로, 철도, 해운 등은 전기, 대체연료 등으로 에너지 전환이 이루어지고 있으나, 항공 부문은 액체 연료를 대체할 방안이 마땅치 않은 실정

○ ICAO(국제민간항공기구)의 CORSIA(국제항공 탄소상쇄 감축제도)는 2021년 국제선의 CO2 배출량을 2019년 수준으로 동결하였으며, 우리나라도 참여

○ 지속가능 항공 연료 (sustainable aviation fuel, SAF)는 이에 대응할 수 있는 가장 유력한 방안으로 평가

■항공부문 탄소 감축을 위해 EU를 포함한 유럽, 미국 등에서는 SAF를 의무화 하는 보급정책이 진행임

나. 범위 및 분류

(1) 가치사슬

□ 친환경 SAF 제조 기술의 환경성, 경제성 확보를 위해 바이오매스 활용 기술, 재생에너지 활용 기술, 촉매 기술, 공정 기술, 항송 산업 등이 융합 활용되는 분야

[ SAF 개발을 위한 산업구조 ]

(2) 용도별 분류

□ 친환경 SAF는 항송수송에서의 탄소중립을 위한 새로운 친환경 연료로 활용되는 분야로 분류 가능

[ 용도별 분류 ]

3. 환경 분석

가. 시장 현황 및 전망

(1) 개황

□ 온실가스 배출 감축 등의 환경 규제가 항공산업으로 확대 적용

□ 항공산업 탄소 감축 방안으로 SAF 활용이 적극 검토되고 있음

○ 항공산업의 탄소 감축방안으로는 현재 기술 완성도가 높은 지속가능 항공 연료(SAF) 활용방안이 주요 대안으로 제시

(2) 관련 시장 규모 및 전망

① 세계 시장

□ 전 세계 탄소포집 용량은 2021년 기준 43 Mtpa(Million tonnes per annum, 백만톤/년)으로 1972년 이후 연평균 10%의 높은 성장률을 기록해 왔으나 현재 설치 용량은 전 세계 배출량의 0.1% 포집에 그치는 수준

□ 최근 3년간 대규모 CCUS 프로젝트 계획들이 발표되었고, 미국을 중심으로 탄소포집 용량이 확대되어 2021~2030년까지 연평균 23%로 성장, 2030년 총 279 Mtpa에 달할 전망

□ 탄소포집은 지금까지 탄소처리 비용이 상대적으로 저렴한 천연가스 처리 공장에서 대부분 적용되었으나 향후 점차 다양한 산업 부문에서 적용될 전망

□ 화력발전 및 수소생산 부문이 향후 CCS 설비용량이 가장 확대될 것으로 기대되는 부문으로 두 부문을 합쳐 2030년까지 140 Mtpa 이상의 이산화탄소가 포집될 전망

□ 지금까지 포집된 이산화탄소의 저장에 대한 인센티브는 거의 없었으며, 구축된 프로젝트의 대부분은 주로 EOR 등의 활용에 의존

□ 전 세계 CCUS 시장은 2021년 기준 18억 9,100억 달러에서 연평균 16.99%의 성장률로 증가하여 2027년 48억 4,800억 달러로 성장할 것으로 전망

[ CCUS 세계 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 억 달러, %)

② 국내 시장

□ 국내 CCUS 시장은 2021년 기준 172,07억 원에서 연평균 17.05%의 성장률로 증가하여 2027년 442,53억 원으로 성장할 것으로 전망

□ 국내는 현재 바이오항공유 생산 업체가 없으며, 글로벌 업체 대비 기술격차도 큰 편

○ 바이오항공유 개발시 대규모 투자자금이 필요하여, 국내 정유회사는 미온적 대응 중

○ 대한항공은 SAF 확보를 위해 Shell과 양해각서를 체결(‘22.9)하여, ’26년부터 향후 5년 동안 아시아, 태평양 및 중동지역 공항에서 SAF를 공급받기로 함

[ CCUS 국내 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

나. 기술개발 동향

(1) 개황

□ 최고 기술 보유국은 미국과 EU이며 한국의 기술 수준은 78.0~80.9% 수준, 기술격차는 2.5~3.8년으로 중국(71.6~80.0%)보다는 앞서며 일본(81.8~90.9%)보다는 열세

□ 미국, EU, 일본 등 주요국은 탄소중립을 위한 장기 전략으로 CCUS 기술을 제시하고 CCUS 산업 육성을 위한 제도적 지원 방안 마련, R&D 투자 확대 등을 추진

○ 우리나라 역시 2021년 ‘이산화탄소 포집·활용 기술혁신 로드맵’ 발표 및 2023년 4월 CCUS 기술을 포함한 한미 청정에너지 분야 MOU 13건 체결

□ CO2와 재생전력을 활용하는 Power-to-liquid 기술로 생산된 지속가능한 항공연료(sustainable aviation fuel, SAF)는 기존 등유에 비해 CO₂배출량이 99% 감소될 것으로 예상

□ Power-to-liquid 기술로 지속가능한 항공연료를 생산하기 위해 화석 연·원료를 사용하지 않고 CO2로부터 합성가스를 생산하는 전기화학 반응 기술 및 합성가스로부터 항공유 생산을 위한 피셔-트롭쉬 합성 기술 필요

□ 수소와 이산화탄소를 결합해 만드는 이퓨얼(E-fuel) – 기초 기술이 완성되어야 하는 장기 프로젝트

○ 포집된 이산화탄소, 수소, 전기를 원료로 사용하는 PTL(Power-to-Liquid) 방식

(2) 주요 기술개발 동향

① 해외 기업

□ 미국 LanzaTech

○ 실제로 버진애틀랜틱항공(Virgin Atlantic)과 협력하여 탄소포집 활용 방법으로 추출된 지속가능항공연료(Sustainable Aviation Fuels, SAF)인 에탄올을 생성하여 2018년에 보잉747을 운행하는 데 성공

□ 영국 Royal Dutch Shell

○ 재생전력과 CO2를 이용하여 저탄소 합성연료 생산 기술개발에 주력, 최근 지속가능한 항공연료(SAF)를 생산하여 네덜란드 항공사 KLM에 공급하여 첫 상업 비행에 성공

□ 영국 BP

○ 독일의 전력회사인 Uniper, Fraunhofer 연구소 Power-to-X 프로젝트를 통하여 그린수소와 CO2를 활용하여 합성가스를 만들고 피셔-트롭쉬 공정과 연계하여 합성연료 생산 추진 중

□ 독일 Lufthansa 그룹

○ Power-to-Liquid 등유를 생산하기 위해 호주로부터 그린수소 공급망을 구축을 추진 중

□ Sunfire GmbH, Climeworks AG, Paul Wurth SA, Valinor

○ 컨소시엄 구성, Norsk e-fuel project를 통해 재생에너지를 이용해 생산한 수소로 유럽 최초의 상업용 항공유 생산 플랜트 건설 계획 중

② 국내 기업

□ 현대오일뱅크

○ 2022년 차세대 화이트 바이오 사업의 구체적인 로드맵 발표, 그 2단계로 수소화 식물성 오일(HVO)을 활용한 바이오 항공유를 생산하겠다는 목표를 밝힘

□ SK이노베이션

○ '2022년 넷제로 특별 보고서'를 통해 '비욘드 넷제로' 전략의 일환으로 폐식용유(Used Cooking Oil, UCO) 등 바이오 원료로 생산한 친환경 항공유를 비롯한 친환경·저탄소 비지니스 추진 중이라고 밝힘

□ 에쓰오일(S-OIL)

○ 2021년 9월 삼성물산과 '친환경 수소 및 바이오 연료 사업 파트너십 협약' 체결

③ 국내 연구 개발 기관

□ 한국에너지기술연구원

○ 전기화학적 CO2 전환을 통해 합성가스를 생산하고 피셔-트롭쉬 합성 반응과 연계하여 다탄소 액체연료를 생산하는 통합 공정 기술 개발 중

□ 한국과학기술연구원

○ CO2와 수소를 800℃ 이상의 고온에서 역수성가스전이(RWGS, reverse water-gas shift) 반응을 통해 합성가스를 생산한 후 이를 이용해 메탄올을 생산하는 간접 다단 반응 기술 개발

□ 한국화학연구원

○ CO2와 수증기, 천연가스를 원료로 개질 반응을 통하여 10톤/일 규모의 메탄올 합성 파일럿 공정 개발

□ 산업통상자원부·한국석유관리원 등

○ '탄소순환형 정유제품 생산을 위한 CCU 통합공정 기술개발 사업' 연구협의체 출범

4. 특허 분석

□ 전략품목에 대한 특허동향 분석, 기술동향 분석, 주요 출원인 분석을 통해 아래와 같이 결과 확인

[ 특허 분석 결과 ]

□ 4개 평가지표(활동도, 부상도, 시장력, 영향력)에 따른 정량적 분석 결과는 아래와 같이 도출

[ 평가지표/ 정량적 분석 ]

각 평가지표 값은 원 계산 값에 상대적 비교의 편의성을 위해 최고점 100점으로 환산한 값이며, 상대적 기술경쟁력은 각 평가지표의 가중치를 1:1로 반영하여 평균값을 도출한 것임

[ 주요 특허 선별지표 ]

5. 기술개발 로드맵

□ 전략품목에 대한 핵심기술 및 개발목표 등을 토대로 기술개발 로드맵 구축

[ 「CCU를 통한 친환경 SAF 제조」 기술개발 로드맵 ]