에너지자원활용 현황분석 보고서

에너지자원활용 산업[시장] 분석

에너지자원활용 현황분석 보고서

바이오매스 전략분야 현황분석

전략분야 바이오매스 1. 개요 가. 정의 및 범위 - 정의 : 동, 식물 또는 파생 자원(농임산 부산물, 유기성 폐기물)으로부터 석탄, 석유 등의 화석 에너지의 대체에너지원 생산 기술을 바이오매스 에너지화 기술이라고 정의함. - 범위 : 바이오매스 에너지화 기술에는 고형 연료(우드 칩 또는 목질 펠릿), 바이오가스 (메탄, 수소) 또는 바이오 액상연료(바이오디젤, 바이오에탄올, 바이오오일 등) 생산 및 에너지로 활용하는 기술등이 포함됨 바이오매스는 나무처럼 가공하지 않은 형태로 태워도 열을 생산할 수 있지만, 이를 가 공하면 보다 사용이 편리한 에너지 형태로 전환(바이오매스 에너지화)하여 자동차 연료 나 전기를 생산하는 데에도 이용될 수 있기 때문에 미래 에너지로서 관심을 받고 있음. 바이오에너지화 기술에는 열분해가스화와 같이 연구개발단계에 있는 분야도 있으며, 바이오 디젤, 바이오 알콜 및 바이오가스와 같이 전 세계적으로 이미 상용화 단계에 접어든 분야도 있음. 그러나 기술 수준에 관계없이 바이오매스 에너지화에 대한 연구 개발은 앞으로도 전 세계적으로 지속될 것이며, 향후 5~10년을 기점으로 바이오에너지 산업은 급격히 성장할 것으로 전망되고 있음. [바이오매스 에너지화 기술의 분류] 온실가스 배출 증가율이 높기 때문에 교토의정서에 따라 2013년부터 CO2 발생량을 감 축해야 하는 국내 현실을 감안할 때, 화석 연료의 사용을 줄이고 새로운 에너지원을 - 3 -

에너지자원활용 - 바이오매스 활용하는 방안이 요구됨. 바이오매스를 부가가치가 높은 에너지 자원으로 활용할 수 있는 바이오매스 이용에 국가 차원의 관심과 육성이 절대적으로 필요함. 바이오매스 자원을 에너지로 전환 이용하는 방법은 신탄의 사용에서 보는 바와 같이 직접 연소시켜 열을 얻는 방법, 이를 열분해하거나 가스화하여 숯, 액화유 또는 가연성 가스 등을 얻는 열화학적 방법과 혐기성 발효를 하여 메탄가스를 얻거나 당화하여 에 탄올과 같은 고급 액체연료를 얻는 등과 같은 생물학적 방법으로 대별할 수 있음. 따라서 중소기업의 기술혁신을 통한 산업의 경쟁력 제고를 위해, 신세대 에너지 중에 서 바이오매스를 원천적인 소재로서 활용하려는 기술 개발과 refinery를 통한 새로운 상품으로 재탄생하는 기술개발 분야를 대상으로 분석을 수행하였음. [바이오매스 에너지화 기술적용예] 나. 주요 제품(또는 공정 서비스) - 바이오매스자원은 곡물, 감자류를 포함한 전분질계의 자원과 초본, 임목과 볏짚, 왕겨와 같은 농수산물을 포함하는 셀룰로오스계의 자원과 사탕수수, 사탕무와 같은 당질계의 자원은 물론 가축의 분뇨, 사체와 미 생물의 균체를 포함하는 단백질계의 자원 및 해양 바이오매스 자원 (식물성 플랭크톤(미세조류), 미역, 다 시마 등(해조류)) 포함하는 다양한 성상을 지님. - 설비투자가 집중되는 성격의 경우, 대기업의 시장 주도가 예상되지만, 다양한 제품의 바이오플라스틱을 제조하고 시스템화하기 위한 소재/재료, 모듈 및 주변장치 등은 중소기업 기술개발이 필요한 영역임 바이오매스 산업의 중심 제품은 바이오매스의 원료에 기인한 분류가 제품화에 적절함 바이오매스는 원료의 종류에 따라 옥수수, 감자류를 포함하는 전분질계 자원, 초본, 임 목과 볏짚, 왕겨와 같은 농부산물을 포함하는 목질계 자원, 그리고 사탕수수, 사탕무우 - 4 -

전략분야 와 같은 당질계 자원, 그리고 가축 분뇨, 사체와 미생물의 균체를 포함하는 동물 단백 질계 자원 및 해양 바이오매스 자원 (식물성 플랭크톤(미세조류), 우뭇가사리, 다시마 등(해조류)) 등으로 분류함 - 이러한 바이오매스 에너지를 구성하고 있는 세부 품목으로는 고형 바이오연료(우드 펠 렛, 반탄화 고형연료), 액상 바이오연료 (바이오오일 1), 바이오에탄올/부탄올, 바이오디 젤), 기체 바이오연료 (바이오가스, 바이오 합성 가스) 및 바이오에너지/연료 생산 플 랜트 등으로 구성됨 - 반탄화 고형연료는 목재를 산소 없이 200~300 의 조건에서 부분적으로 탄화 (Torrefaction)한 후 펠릿 형태로 성형한 것으로, 반응과정에서 물(H 2 O), 이산화탄소 (CO 2 ), 일산화탄소(CO), 아세트산(Acetic Acid), 메탄올(Methanol), 기타 유기물 등이 목재로 부터 빠져나옴. 저열량 성분과 수분이 빠져나온 탄화 형태의 목재는 일반 목재 펠릿에 비해 높은 에너지 밀도를 냄. 바이오디젤은 식물성 오일 또는 동물성 기름과 메탄올을 transesterification 반응시켜 얻을 수 있는 신재생 에너지임. 이러한 바이오디젤은 원유를 정제한 경유와 성질이 비 슷하여 경유에 혼합하여 사용됨. - 10여년 전부터 유럽을 중심으로 보급되던 바이오디젤은 최근 유럽, 미국, 브라질 등 전 세계적으로 보급이 확대되고 있음. - 특히 독일 및 미국의 10여개 주와 브라질에서는 바이오디젤의 사용을 의무화하고 있 고, 독일이외의 영국 등 유럽 여러 나라들에서도 바이오연료 사용을 의무화하였음 바이오매스 자원을 이용한 바이오 연료로서 바이오에탄올은 사탕수수나 곡물 등의 바 이오매스로부터 발효과정을 통해 얻어짐. 즉, 사탕수수로부터 추출한 사탕액(juice)은 효모에 의해 직접 에탄올로 전환됨. 이후 에탄올을 농축하여 연료용 알콜(함량: 99.27% 이상)로 만들어 가솔린과 혼합 또는 에탄올 자체만으로 휘발유 대체 연료로 사용함 초기 바이오폴리머는 주로 생분해성 고분자를 중심으로 의료용 고분자를 통칭하였으 나, 최근에는 바이오매스 유사 고분자를 바이오폴리머 혹은 바이오플라스틱이라고 함. 바이오플라스틱은 바이오매스로부터 제조되는 과정에서 잉여 이산화탄소를 발생하지 않는 소위 CO 2 Neutralization 개념 으로 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 발생하 지 않는 물질로 인식됨. 1) 목질계 바이오매스를 산소가 없는 조건에서 400~600 의 조건하에 열분해에 의해 wtod성하는 오일을 말함. 바이오오일의 단위부피당 에너지밀도는 약 20GJ/m3 으로서 다른 목질계 바이 오연료인 목질칩(8GJ/m3)이나 볏짚(2GJ/m3), 목탄(9GJ/m3) 보다 상대적으로 높아 대체연료로서의 활용가치가 높을 것으로 예상 - 5 -

에너지자원활용 - 바이오매스 [주요제품 분류표] 대분야 바이오매스 원료 중분야 중간 제품 세부 제품 최종 제품 당질계 원료 포도당 차량 연료 (에탄올, 부탄올) 전분질계 원료 목질계 원료 포도당 젖산, 숙신산 등 포도당 고형 바이오연료 (펠릿, 반탄화 고형연료) 바이오오일/바이오 합성 가스 차량 연료 (에탄올, 부탄올) 음식료 화장품 용제, 폴리머 식품, 필름, 섬유, 용제, 유화제, 생분해성 플라스틱 차량 연료 (에탄올, 부탄올) 열, 전력 열, 전력, 차량 연료 유지계 식물 식물성 기름 바이오디젤 유기성 폐기물 바이오가스 전력, 차량연료(CNG/LNG) 해양 바이오매스 당 기름 바이오알콜 바이오디젤 2. 산업현황분석 - 국내의 바이오매스 산업이 안정적으로 성장하기 위해서는 원료 바이오매스의 수급 기반 구축이 중요하므 로 이에 대한 방안 마련이 필요함 - 바이오매스 시장은 현재를 기점으로 폭발적인 성장이 예상되는 만큼, 관련 중소기업들에 대한 정부의 시 의적절한 지원책은 향후 바이오매스 분야가 국가의 중추 산업으로 발전할 수 있는 초석이 될 수 있음. - 바이오매스 관련 산업은 국가간/기업간 경쟁이 매우 치열한 분야로 아직까지 정부 정책의 의존성이 높은 사업이며, 사업 형태는 B2B와 B2C 모두 존재하나 현재는 B2C 사업이 주류임. - 바이오연료 및 생화학제품을 중심으로 바이오매스 제품 제조에 필요한 원료 생산 및 수집, 연료 제조 장비 등과 관련된 후방위 산업과 바이오연료 및 생화학 제품이 생산/판매되는 전방위 산업 구조로 되어 있음. 가. 환경분석 (1) 정치(Political) 산업과학의 발달은 환경오염과 자원 고갈이라는 환경문제를 야기했으며, 지속 가능 분 야의 새로운 시장이 형성되고 있고, 특히 신재생 에너지는 지구환경에 미치는 파급효 과가 크기 때문에 지속 성장의 중요한 역할을 하고 있음. - 신재생 에너지에서 바이오매스가 중요한 축을 담당하고 있음 정부의 녹색성장 정책은 적극적/공격적 정책과 소극적/방어적 정책으로 구분할 수 있 는데, 적극적인 정책은 재생에너지 확대 및 에너지 효율과 관련한 에너지 산업이며, 소 극적인 정책은 환경 폐기물 저감을 비롯한 친환경적인 소재로 활용하는 산업임. - 6 -

전략분야 또한 바이오매스 원소재, 가공 및 처리 기술의 발전으로 수요자에 대한 욕구를 충족시 킬 수 있는 여건이 성숙되고 있으며, 수요자 욕구가 다양화 되고 고급화되는 추세에 대응하는 활동이 활발해지고 있음 촉진 요인 지구 환경오염을 차단하기 위해 산업 전반에 실시되고 있는 세계적인 규제 움직임은 더 이상 새로운 것이 아니며, 에너지 측면에서 그러한 움직임에 대응하는 바이오매스 의 에너지 활용에 대한 요구 사항이 증대되고 있음. 특히 효율적인 에너지 활용과 함께, 재생 가능한 바이오매스가 활용된다는 점은 에너 지 자원의 고갈에 대한 우려를 잠재울 수 있다는 점과 라이프사이클 관점에서 바이오 매스를 활용한 에너지를 사용했을 때 발생하는 이산화탄소는 원료 식물인 작물의 성장 과정에서 광합성에 의해 회수되므로 전체적인 이산화탄소 배출량이 적다는 장점을 가 지고 있음. 특히 수송 부문에서 CO 2 감축을 위해 수송용 바이오연료인 바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오가스 등의 수요가 증가하고 있음. 정부에서는 국가 에너지 기본 계획 수립을 통해 바이오에너지 보급율을 2030년까지 2008년 대비 30배 증가한 1천만 toe/년으로 높일 예정임. 이와 같은 목표 달성을 위해 바이오 전력의 의무 사용을 규정한 RPS를 2012년부터 시행중이며 수송용 바이오연료 (바이오디젤, 에탄올)의 의무 혼합을 규정한 RFS를 2015년 하반기부터 시행할 예정임 저해 요인 대부분의 친환경 설계에 따른 소재 선택은 원가를 상승시키는 부정적인 기능을 반드시 포함하게 되며, 바이오디젤의 경우에는 기존 화석연료에 비하여 가격 경쟁력이 떨어지 고 있음. 따라서 바이오매스 사용이 친화경적이나 경제적인 측면에서의 부담은 상승하 게 됨 바이오매스를 원재료로 하는 경우 자원 부족이 발생할 수 있기 때문에, 곡물류의 가격 폭등 원인으로 작용할 수 있음. 이는 전통적인 에너지 사용의 경우보다 직접 비용이 증대되는 현상으로 이어짐 현재 바이오연료의 고비용 문제 및 자원 부족 등의 문제를 해결하고 급증하는 수송용 바이오연료의 수요에 대응하기 위해서는 현재 사용중인 곡물계 바이오매스인 당질계, 전분질계 및 유지계 원료를 비식용 바이오매스 원료인 목질계, 유기성 폐기물 및 해양 바이오매스로 대체하여야 함. - 7 -

에너지자원활용 - 바이오매스 (2) 경제(Economical) 교토의정서의 발효로 한국은 온실가스 의무감축국이 될 가능성이 커 이에 대한 대책 차원에서 바이오매스 산업에 대한 관심이 더욱 고조됨. 환경 친화를 유도하는 인증 및 제도적 여건이 조성되고 있으며, 범정부 차원의 친환경 산업에 대한 지원이 이루어지 고 있고, 전 세계적으로 친환경 산업분야의 서비스 및 관련 소재 산업의 시장이 확대 되고 있음. 촉진 요인 궁극적으로는 석유화학 및 석유정제 산업에서 담당하고 있는 에너지 및 소재 산업의 역할을 바이오매스의 에너지/화학연료 이용 산업으로 전환되어 이러한 탄소배출을 저 감하려는 노력이 더욱 활발해지고 있음 초기에는 바이오매스의 직접적인 활용으로 열에너지를 취하는 방식에 초점을 맞추었으 나, 타 재생에너지(태양열, 지열 등)의 보급이 늘어남에 따라 바이오에너지는 보다 부가 가치가 높은 전력 또는 수송용 연료로 보급 수요가 증가하고 있음. 저해 요인 시장의 조기 정착을 위한 인센티브제도가 미흡함. 특히 바이오디젤은 정부의 적극적인 지원이 결여될 경우 시장 경쟁력이 매우 낮은 상황이 한동안 유지될 것으로 예상됨 바이오매스 산업이 성장하면서 원료에 대한 가격 및 수급 불안정이 발생하고 있으며, 이는 바이오매스 에너지 시장의 수익률을 악화시켜 시장 확대를 저해하는 요인이 될 수 있음 따라서 정부의 적극적인 참여 유도 정책에 한계가 있어, 바이오매스 산업의 자체 경쟁 력 확보 시점이 늦추어지는 결과를 초래할 수밖에 없음 (3) 사회(Social) 기후변화 및 화석 자원 고갈 문제에 대한 능동적 대처를 통해 지속 성장 가능한 사회 를 실현하기 위해서는 바이오에너지의 보급 확대가 필요하며 이를 위해서는 사회적 공 감대 형성이 중요함 - 8 -

전략분야 촉진 요인 자원 순환형 사회형성에 대한 요구 증가 - 자원고갈, 화석연료 사용 증가로 인한 지구환경 위협이 새로운 사회 문제로 등장하면 서 물질순환의 바탕위에서 지속 가능한 자원 순환형 에너지 기반 사회 정착의 필요성 이 부각됨 - 자원 순환형 친환경 마을 조성 등 자원 순환형 사회를 선도하기 위한 정부의 법적, 경 제적 지원이 강화됨 바이오에너지 산업 육성을 통한 지역 균형 발전 가속화 - 바이오매스 생산에 직접 참여하는 저개발 농촌 지역의 소규모 농가에 실질적 혜택을 제공하는 방안임 - 유휴 농지를 활용한 지역경관 개선 및 자원순환형 농촌 형성을 통한 지역 역량 강화 가 기대됨 저해 요인 현재 바이오연료는 곡물로부터 만들어지고 있어 일반인들은 바이오연료 보급 확대가 곡물 가격 폭등을 가져올 것이라는 우려가 존재함 국내의 바이오매스 자원 수집 인프라 구축이 미흡하여 바이오에너지 보급 확대에 어려 움이 있음 (4) 기술 (Technology) 전분질계 에탄올, 바이오디젤 연료, 유기성 폐기물 메탄 발효, 목질 펠릿 등의 바이오 고형연료 생산 분야에서만 상업 적용이 가능한 기술을 확보하고 있으며, 목질계 에탄 올 및 화학원료, 바이오수소 생산, 해양 바이오연료 등에서도 기술개발 활동이 지속되 고 있음 다만, 연구개발 혹은 보급 촉진 활동부분에서 뒤지고 있는 바이오매스의 열화학적 이 용(연소, 열분해, 가스화)에 관한 기술개발 및 보급 촉진이 추진되어야 함 촉진 요인 바이오매스를 활용하는 액체 연료 사업은 공해저감 입증사업, 차량에 적용 시 바이오 디젤 성능연구, 차량의 내구력 및 안전성 연구, 바이오디젤의 품질기준 정립을 위한 검 - 9 -

에너지자원활용 - 바이오매스 증을 위한 연구를 국립환경연구원, 에너지기술연구원, 전북대학교, 한국석유품질관리원 등 국가기관, 국책연구원, 대학교가 주축이 되고 정유사, 자동차 제작사, 바이오디젤 공 급회사 등이 참여하는 형태로 진행하여 바이오디젤 수요 기반이 구축되었음 또한 바이오매스의 활용분야 중의 하나인 바이오디젤의 경우, 차세대 생산 공정이라 불리는 비균질 촉매를 이용한 바이오디젤 생산 공정이 세계에서 2번째로 국내기술이 개발되어 실증화 연구를 진행 중에 있음. 유기성 폐기물의 혐기소화에 의해 생산된 바이오가스(메탄)의 CNG/LNG 차량 연료로 사용에 대한 실증 연구사업이 진행 중임. 정부는 국내 바이오매스 자원의 안정적 수급 기반 구축을 위해 해양 바이오매스 양산 R&D를 적극 지원 중임. 저해 요인 독일, 미국, 중국, 일본 등 선진기업의 급속한 성장에 따라 국내기업들의 기술력 격차 가 점차 심화되고 있음. 바이오디젤 원료의 다변화에 따른 제품 품질 관리가 용이하지 않음. 특히, 바이오디젤 의 경우 품질특성 및 저온 유동성, 산화안정성에 대한 기술적인 문제가 여전히 존재함. [바이오매스의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 국가 에너지 기본 계획 상 중 하 상 중 하 저해 바이오매스 원재료 자원 부족 상 중 하 상 중 하 바이오매스의 전력생산 및 수송용 에서의 의무 사용 시행 곡물계 바이오매스를 비식용 바이 오매스 원료로 전환노력 필요 경제 (E) 사회 (S) 촉진 고부가가치인석유화학원료 의 대체재 가능성 상 중 하 상 중 하 불순물 제거기술 필요 저해 정부인센티브 부족 상 중 하 상 중 하 정부의 적극적 정책유도 진행 예상 촉진 친환경에너지의 요구 상 중 하 상 중 하 저해 바이오매스 자원 인프라 부족 전세계적인 자원순환형 에너지요 구 증대 상 중 하 상 중 하 정부 촉진정책에 의해 개선 예상 기술 (T) 촉진 다양한 원료의 바이오매스 에너지 개발 상 중 하 상 중 하 저해 실용화 기술 개발 상 중 하 상 중 하 경제성을 중시한 목질계/해양계 원료 이용기술 개발 진행 실증화연구 및 인중관련 개발 진 행중 - 10 -

전략분야 나. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특성 바이오매스 에너지 산업은 시장의 생명주기 선상에서 초기단계이며, 다양한 분야로의 확대 연구개발이 주종을 이루고 있음. 또한 시장 니즈뿐만 아니라 정치, 사회 및 환경 요인에 의해 연구개발 및 상용화가 진행되는 산업 특성도 있음. 바이오매스 산업의 특성은 다음과 같음. - 우선 바이오매스가 에너지원으로 시장에서 인정을 받기 위해서 현재의 가격 경쟁력을 더욱 높이기 위한 노력이 지속적으로 이루어지고 있음. - 둘째, 이산화탄소 배출에 대한 세계적인 규제 상황에서 바이오매스가 전체 이산화탄소 의 발생을 억제하는 친환경적인 산업의 특성을 가지고 있음. - 셋째로, 바이오매스는 다양한 자원을 원료로 사용하기 때문에 산업 특성 또한 자원과 의 연관성을 가지게 되며, 각국 보유 자원에 따라 특화 경향을 보임. (2) 산업구조 바이오매스의 산업 연관도를 살펴보면, 후방산업은 바이오매스 원료 생산 및 수입하는 농업, 임업 및 수산업, 바이오매스를 연료로 가공 및 생산할 수 있는 공정 설비산업 그 리고 화학적 및 생물학적 처리를 수행하는 공정 기초산업이 위치하고 있고, 전방산업 은 수송용 바이오연료(바이오디젤)을 사용하는 정유업체, 재생에너지로서 활용하는 발 전 산업, 환경친화 정책에 대응하는 산업 등이 있음. 후방위 산업 바이오매스 전방위산업 - 농업 - 기계 가공 산업 - 기계 설비 산업 - 임업 - 수산업 - 오폐수 처리업 - 바이오디젤 - 바이오에탄올 - 바이오가스 - 정유 산업 - 재생 에너지 산업 - 친환경 산업 [바이오매스 중심의 연관 산업(전후방산업)구조] 바이오매스 자원 개발의 경우, 동부 한농, 바이오트론 등 바이오매스 종 개발 및 생 산 업체 등이 연구 개발 및 시장 진출을 위해 노력하고 있으며, 바이오연료 생산 공정 및 제품화의 경우 GS 바이오, SK 케미칼, 대우건설, 한솔이엠이 등 대기업과 엠에너지, 단석산업, 창해에탄올 등 소수의 중소기업이 시장에서 경쟁하고 있음 - 11 -

에너지자원활용 - 바이오매스 [바이오매스 분야의 공급망 분석 및 주요업체] 품목 고형 바이오연료 액체 바이오연료 가스 바이오연료 해양 바이오연료 설명 목질 펠릿 바이오디젤, 바이오에탄올, 바이오오일 메탄, 바이오합성가스 미세조류 바이오디젤, 해조류 바이오에탄올 주요업체 SK 임업, 건조 기술, KB E&I GS 바이오(주), SK 케미칼, 제이씨케미칼, 애경유화, 엠 에너지, 단석산업, 창해에탄올, 젠닥스, 대경에스코, 한송이엠이, (주)지앤지인텍, 삼양에코에너지(주), (주)대우건설, 포스코건설, 한라건설, 태영, 고등기술연구원 엘엔피, 바이올시스템즈 가격 경쟁력 확보 R&D 강화 3. 시장분석 - 바이오에너지의 세계시장은 2013년 1,126억달러 규모로 전망되며, 지속적인 성장으로 2017년 1,524억달러에 이를 것으로 예상됨 - 바이오에너지의 국내시장은 2007년 전체 시장규모는 3,600억원에 달하였음. 지속적으로 바이오매스 제품시장 이 확대되어 2013년 8,800억원에서 2017년 2.2조원으로 연평균 23%의 성장률을 보일 것으로 추정됨. 가. 시장현황 및 전망 바이오에너지의 세계 시장은 2013년 1,126억달러 규모로 전망되며, 지속적인 성장으로 2017년 1,524억달러에 이를 것으로 예상됨 - 바이오에너지의 열/발전 부문 시장 규모는 연 평균 13% 성장하여 2017년에는 약 270 억달러에 이를 것으로 예상됨. 2013년 수송용 바이오연료 시장은 980억달러로 열/발전 시장에 비해 4배가량 크지만 곡물 원료 수급의 한계로 시장 성장률은 연 평균 4.9%로 다소 낮아 2017년에는 시장 규모가 1,250억달러에 도달할 것으로 예상됨 바이오에너지의 국내시장은 2007년 전체 시장규모는 3,600억원에 달하였음. 지속적으로 바이오매스 제품 시장이 확대되어 2013년 8,400억원에서 2017년 1조 8천억원으로 연평 균 15%의 성장률을 보일 것으로 추정됨 - 국내 고형 바이오연료 시장은 2012년부터 RPS(발전 부문에서의 신재생에너지 의무사 용)가 시행됨에 따라 발전소 중심으로 목질 펠릿 수요가 가파르게 증가할 것으로 예상 됨. 산림청은 2020년 기준 고형 바이오연료(목질 펠릿) 500만톤 보급 목표를 제시한 바 있으며 이에 따른 시장 규모는 약 1조 2천억원에 달할 것임 2013년 6월 수송용 바이오연료(바이오디젤, 에탄올 등)의 의무 사용 법안(RFS)이 국회 본 회의를 통과하여 2015년 9월부터 RFS가 전면 시행 예정임. 동 법안에 의거 2020년 - 12 -

전략분야 까지 국내 수송 연료의 5%가 바이오연료로 대체 예정임 - 현재 6천억원(40만 kl)인 바이오디젤 시장은 RFS 시행에 따라 2017년에는 1.1조원 시 장으로 성장하고 바이오에탄올은 2014년부터 시범 보급을 거쳐 2017년부터 전국 보급 이 시작되면 2017년 기준 3천 5백억원 시장이 가능할 것으로 예상됨 - 신규 바이오연료 시장의 형성에 따른 2020년까지 바이오연료 생산 플랜트 설비 수요 도 약 6천억원에 달할 것으로 전망됨 (바이오디젤 플랜트: 250억원/5만 kl, 바이오에 탄올 플랜트: 1천억원/10만 kl 기준) 구분 세계시장 국내시장 년도 [바이오에너지 시장 현황 및 전망] 시장규모 2013 2014 2015 2016 2017 (단위: 억원) 성장률(%) (2013~2017) 고형 바이오연료 32,400 38,800 46,500 51,000 59,000 12 바이오에탄올 761,000 803,0000 845,000 884,000 972,000 4.9 바이오디젤 224,500 239,500 255,600 272,600 283,000 4.7 바이오가스 109,000 132,000 159,000 186,000 210,000 14 바이오소재 - - - - - 합계 1,126,900 8,440,300 1,306,100 1,393,600 1,524,000 고형 바이오연료 1,600 1,840 2,100 2,400 2,700 15 바이오에탄올 - - - - 3,560 16 바이오디젤 6,240 8,000 8,000 9,560 11,120 11.6 바이오가스 600 620 640 670 700 3.4 바이오소재 - - - - - 합계 8,440 10,460 10,740 12,630 18,080 세계 바이오연료(바이오에탄올, 바이오디젤) 시장 규모 (출처: IEA-Renewable energy medium term market report, 2013) 국내 바이오에탄올, 바이오디젤 시장 규모는 입법 발효된 RFS 기준안에 의해 산출하였음. 바이오가스, 고형 바이오연료 시장: 바이오 폐기물 발전전략보고서 (2012) 나. 무역현황 바이오매스분야의 주요 수출입 품목은 비식용 동물성 유지 및 혼합물 등이 있으며, 대 체로 수입에 의존하고 있는 것으로 나타남. [바이오매스 전략분야 품목별 수출현황] (단위: 천달러) 품목 구분 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 비식용 동식물성유지 및 혼합물 수출현황 10,161 8,726 9,932 9,496 13,090 11,891 12,237 수입현황 9,808 17,935 35,257 35,799 51,907 54,212 66,376 무역특화지수 0.018-0.345-0.560-0.581-0.597-0.640-0.689 * 무역특화지수 = (상품의 총수출액 - 총수입액) / (총수출액 + 총수입액) - 13 -

에너지자원활용 - 바이오매스 다. 글로벌 수출입 유망품목 2012년 글로벌 수출입 유망품목은 국내외 수출입 규모와 성장률, 관세율, 특허출원동향 을 바탕으로 품목 경쟁력, 품목 유망성, 시장성, 기술성, 중소기업 적합성 등을 분석하 여 도출됨. 바이오매스분야에서는 바이오에너지 및 제조장치가 수출 유망품목으로 도출됨. 라. 업체동향 (1) 해외 주요 업체 동향 현재 보급중인 바이오디젤과 에탄올 등이 곡물 원료 사용과 석유계 연료와의 낮은 호환성 으로 보급 확대에 어려움을 겪음에 따라 이러한 문제 해결을 위한 기술개발을 진행중임 - 미국과 EU의 주요 기업들은 비식용원료(목질계 및 해양 바이오매스)로부터 바이오연 료 생산 기술 개발 연구를 진행중임 세계적인 정유회사인 BP와 화학회사인 DuPont은 현재 이소부탄올 생산기술 개발을 완 료하고 Butamax라는 Joint Venture 회사를 설립하여 사업화를 추진하고 있음. 최근 EU로부터 바이오부탄올 생산을 승인 받았으며 영국에 바이오부탄올 실증을 위한 Demo 공정을 건설을 진행하고 있음. 미국 최대의 바이오에탄올 업체인 POET LLC는 농부산물(옥수수대)를 활용하여 바이 오에탄올 생산하는 상용화 데모 공정 건설 및 운전 중 핀란드 Neste Oil은 기존 바이오디젤에 비해 물성이 개선된 수소 첨가 바이오디젤 (Hydrotreating Biodiesel, HBD) 생산 기술을 상용화 하여 핀란드와 싱가포르 등에 상 용화 플랜트를 구축 운영중임 캐나다의 Dynamotiv는 목질계 바이오매스의 열분해에 의한 바이오오일 기술 개발 선 두 기업으로서 바이오오일 생산 데모 공정 운전 중 독일의 Schmack Biogas는 유기성 폐기물의 바이오가스 전환 기술 보유 업체로 독일, 일본 등에 약 60여 개소 바이오가스 플랜트 건설 실적이 있음 미국의 Flotech은 바이오가스 고순도 정제 기술 보유 업체이며 국내 서남 물 재생센터 - 14 -

전략분야 는 동 사의 바이오가스의 고순도 정제 시설을 도입하여 차량용 바이오가스 생산 시범 운영 중 미국의 Fulghum Fibrefuels는 캐나다에 연산 12만 톤 고형 바이오연료(목질 펠릿) 제 조 설비를 보유하고 있으며 제조 펠릿은 유럽으로 수출중 (2) 국내 주요 업체 동향 국내에서는 바이오디젤과 고형 바이오연료(목질 펠릿) 및 바이오가스 등이 실제 산업화 되어 보급중이며 일부 벤처 중소기업에서는 목질계로부터 차세대 에탄올 생산 기술 개 발을 위한 연구를 진행중임 바이오디젤의 경우 사업 초기에는 중소기업 중심으로 시장이 형성되었으나 점차 시장 이 커짐에 따라 대기업의 신규 진입으로 중소기업의 경쟁력이 크게 약화된 상태임 현재 국내 바이오디젤 시장은 SK 케미칼, GS 바이오, 애경유화 등의 대기업과 JC 케미 칼, 단석 산업, 엠에너지 등 6개 정도 기업만이 실제 정유사에 납품하고 있음 고형 바이오연료의 경우에도 최근 RPS가 시행됨에 따라 규제 대상 업체인 발전소 등 의 대형 수요업체에 의한 고형 바이오연료 신규 수요가 급증함에 따라 SK 임업, 건조 기술 등 기존 업체외 많은 중소기업들이 신규 사업 진출에 관심을 보이고 있음 바이오가스는 대우건설, 한솔이엠이 등의 대기업과 서희건설, 한라산업개발, 리클린, 엑 사이엔씨 등의 중소기업이 음심 쓰레기와 축산 분뇨 등의 유기성 폐기물을 처리하여 메탄을 생산하는 설비 공급 사업을 진행중임. 또한 한솔이엠이, 한라산업개발 등에서는 생산된 바이오가스를 차량용 연료로 사용하기 위한 바이오가스의 고순도 정제설비 개 발 사업도 추진중임 최근 비식용원료로부터 차량용 연료 생산이 중요해짐에 따라 창해엔지니어링, 젠닥스 등의 벤처 중소기업들에서는 목질계 에탄올 생산 기술 개발을 통한 차세대 에탄올 시 장 진출을 추진하고 있음 해양 바이오연료 분야도 엘엔피, 바이올시스템즈와 같은 벤처기업을 중심으로 해양 바 이오매스인 미세조류 또는 거대조류를 대량 배양 또는 양식하여 바이오디젤 또는 에탄 올을 생산 하는 기술을 산업화하는데 필요한 기술 개발 연구를 진행중임 - 15 -

에너지자원활용 - 바이오매스 [바이오에너지 주요 제품의 국내 업체 현황] 중분류 세부제품 대기업 중소기업 중소기업 주요 참여영역 중소기업 참여 정도 중소기업 점유율 액체 바이오연료 바이오디젤 SK 케미칼, GS 바이오, 애경유화 JC 케미칼, 단석산업, 엠에너지 바이오에탄올 - 창해에탄올, 젠닥스 바이오디젤 생산/판매 바이오에탄올 기술 개발 바이오오일 - 대경에스코, ENFC, 바이오오일 기술 개발 고체 바이오연료 목질 펠릿 SK 임업 건조기술 우드 펠렛 생산/판매 기체 바이오연료 바이오가스 생산 바이오가스 정제 대우건설, 한솔이엠이 한솔이엠이 서희건설, 한라산업개발, 리클린, 엑사이엔씨 한라산업개발 바이오가스 생산 설비 공급 바이오가스 정제 설비 공급 * 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 마. 기업개발니즈 바이오매스 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중소기업들이 융합을 기반으로 하는 다양한 제품을 개발, 판매를 진행하고 있음. - 구체적으로 식물로 부터 얻어진 오일을 이용한 친환경 바인더 제품, 바이오디젤, 폐기 물 에너지화 설비, 대기방지설비, 폐자원 열병합발전설비, 슬러지 건조 및 열회수 설 비, VOC 및 악취 방지설비, 폐타이어를 이용한 열분해시설, 수소가스정제기, 유기 성 폐수의 고효율 메탄가스화 기술 바이오매스(조류, 폐음식물, 축분 외) 가스화 기술, 연료전지 연계 기술, 미세조류 대량배양 시스템, 바이오 고형연료제조 기술개발, 바 이오매스 열병합 발전기술 폐기물 고효율 건조기술, 바이오매스 연료, 바이오 에탄올, 바이오 플라스틱등 이 있음. 바이오매스 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적용분야의 시장진 입을 위한 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 친환경 PU 바인더 시스템, 바이오디젤, 기체분리막을 이용한 매립가스 분 리/정제 기술, 하이드레이트를 이용한 유가금속 회수기술, 하이드레이트를 이용한 가 스 수송/저장 기술, 폐목재 에너지화 기술, 배가스를 이용한 슬러지 건조 기술, 수소 가스정제기, 연료전지 연계 기술 개발, 미세조류 배양관련 기반기술, 고형연료, 발전/ 환경플랜트설계, 바이오매스 대량 생산, 바이오 플라스틱 등의 제품을 미래에 생산할 계획을 가지고 있음. - 16 -

전략분야 바. R&D 현황분석 최근 2년간 중소기업들이 정부 R&D 자금지원을 받기 위해 신청한 과제 리스트를 분석 한 결과, 친환경생산분야에는 고형연료, 바이오매스가스, 바이오알코올, 바이오에탄올, 분 쇄장비에 대한 연구개발을 추진하고 있는 것으로 나타남. [바이오매스 분야의 최근 중소기업 연구개발 추진 현황] 4. 시사점 및 제언 자연 속에 풍부하게 존재하는 원료를 이용한 천연 신재생에너지원을 개발하는 기술 중 에 하나인 바이오매스 에너지는 세계적으로 에너지 수요가 증가하고 있는 반면 에너지 부족이 이어지고 있는 현실에서 친환경 에너지 생산기술은 꾸준히 기술개발이 이루어 질 것으로 예상되는 분야임 바이오매스는 기후변화 대응 및 자원 재생에 의한 지속 성장 측면에 있어 국가 경쟁력 및 신인도 제고에 중요한 산업일 뿐만 아니라 향후 전개될 거대 바이오매스 시장에서 의 우위를 점하기 위한 주요 성장 동력 산업이라 할 수 있음 정부의 바이오에너지 사용 의무화 정책(RPS, RFS 등)에 따라 바이오매스 관련 중소기 업의 내수 시장에 대한 판로는 당분간 유지될 것으로 보이나, 한정된 내수 시장으로 중소기업의 과당경쟁을 해소하기는 어려울 것으로 보이므로 경쟁력 있는 중소기업의 해외 시장을 위한 기술 개발 역량 강화를 지원할 필요가 있음 - 17 -

에너지자원활용 - 바이오매스 고형 바이오연료(펠렛) 분야는 현재 국내 시장 규모가 작아 대기업의 진출이 미미하지 만 향후 RPS 시행에 따른 목질 펠릿 수요 증가로 시장 수요처가 크게 늘 것으로 예상 됨. 이 경우 다양한 펠렛 설비 수요 대응을 위해서는 대기업과 중소기업의 역할 분담 이 필요한 분야임 대규모 투자가 많이 되는 바이오디젤의 경우 대기업의 바이오디젤 공정 설비 확대로 중소기업의 생산 활동이 위축되고 있지만 바이오디젤의 물성 향상에 필요한 첨가제의 경우 중소기업을 중심으로 제품화 기술이 개발될 경우 국내외 대기업은 주요 수요업체 가 될 수 있는 분야임. 바이오가스 분야는 대규모 사회 간접 시설 투자가 요구되므로 대기업이 주도해야 하지 만 사업의 원활한 수행을 위해서는 많은 중소기업이 하도급업체로 참여하는 컨소시움 의 구성이 필요한 특성을 가짐. 국내의 경우 향후 유기성 폐기물의 에너지화 사업이 가파르게 성장할 것으로 예상되므로 중소기업들의 역할이 확대 가능한 분야임. 현재 국내의 바이오에탄올 시장은 음료용으로만 형성되어 있으며 중소기업인 주정업체 가 시장을 장악하고 있음. 따라서 에탄올 연료 시장이 열린다면 기술력을 가진 중소기 업이 유리한 분야임. 해조류 바이오연료 분야는 시장 초기 단계의 벤처 영역으로 기술력을 갖춘 중소기업에 많은 기회가 있는 산업 분야임. 각 대표기술 후보군을 특허지수를 종합분석한 결과, 액체 정화 또는 분리 기술군이 기 술성장성과 및 기술수준분석 결과 높은 수준으로 나타나 해당분야의 시장형성 및 기술 개발이 활발한 것으로 판단되며, 액체 정화 또는 분리 기술을 포함하여 중소기업 적합 성이 높은 수준으로 평가된 에너지 원료의 소각 기술군은 상대적으로 국내 중소기업의 출원 활동이 활발한 것으로 평가되고, 기술 성장성과 기술수준이 높은 것으로 나타나 해당 분야에서 기술개발을 고려해 볼 수 있는 후보군으로 사료됨 기술성장성, 기술수준 모두 중간 이상의 평가된 바이오연료, 에너지 원료의 소각 기술 군도 중소기업에서 진출하기 용이한 대표기술 후보군으로 사료됨 바이오매스에너지 전략 분야에 대해 옥수수 및 옥수수 가공품, 사탕수수 당, 사탕무우 당, 화학적 순수 자당, 광천수, 대두유 추출시 얻는 오일 케이크와 유박 품목을 중심으 로 한미 FTA에 따른 영향을 분석한 결과 바이오매스에너지 분야와 한미 FTA 대상 13 대 주요 업종과의 전반적 관련성은 중간 수준으로 나타났으며, 이로 인해 한미 FTA에 대한 전반적 영향력도 중간 수준인 것으로 판단됨. - 18 -

전략분야 [바이오매스 분야 주요 제품] 분류 제품 설명 출처 산업기술분류코드 대분류 중분류 소분류 바이오알콜 바이오매스를 발효하여 만든 액상연료 (휘발유 대체용) 시장/특허/ 기업니즈 기초 화학 유기 화학 기초화학물질 반탄화고형 연료 바이오매스를 무산소조건에서 탄화하여 성형한 고형바이오연료 전문가 바이오매스 에너지 바이오디젤 바이오유래 유지의 에스테르화로 만든 액상연료 (경유대체용) 시장/특허/ 기업니즈 기초 화학 유기 화학 기초화학물질 바이오가스 유기물을 협기발효하여 만든 기상연료 (메탄이 주성분) 시장/특허/ 기업니즈 기초 화학 무기 화학 산업용 가스 바이오오일 목질 바이오매스의 열분해에 의해 만들어진 액화연료 시장/특허/ 기업니즈 기초 화학 유기 화학 기초화학물질 - 19 -

바이오매스 전략제품 분석 - 바이오액상연료 - 바이오가스

전략제품 바이오액상연료 1. 개요 - 정의 : 바이오액상연료는 바이오매스를 화학적 또는 생물학적으로 처리하여 제조하는 액상연료임. 현재 바이 오액상연료로는 바이오디젤과 바이오알코올이 있음. A. 바이오디젤은 동식물의 지방 또는 재생유지를 원료로 알콜 또는 수소와 반응시켜 만들어진 경유 대체 연료임. B. 바이오알코올은 사탕수수 등 당질계, 옥수수, 밀전분, 카사바 등 전분질계, 나무, 풀 등 목질계를 원료로 생물학적 발효방법으로 생산된 에탄올을 말하며 99.5%(v/v)이상으로 정제되어 가솔린에 첨 가하거나(85% 이하), 95%(v/v) 함수 바이오에탄올로 자동차용 연료로 쓰일 수 있는 제품임. - 범위 : A. 바이오디젤은 원료인 동/식물유 전처리, 바이오디젤 전환용 촉매 양산 및 바이오디젤 생산공정으 로 구성되며 바이오디젤 기술은 모든 생산공정 및 공급 망 단계에서 사용되는 각종 소재와 부품 을 포함함. B. 바이오알코올은 당질, 전분질, 셀룰로오스 유래 원료를 효소당화(또는 추출)하여 당( 糖 )을 제조하고 이를 발효시켜 제조하고 가솔린의 대체연료 또는 혼합연료로 사용되는 모든 제품(바이오에탄올, 바 이오부탄올, ETBE(Ethyl tertiary butyl ether) 등)을 포함. 가. 정의 및 필요성 A. 바이오디젤 바이오디젤은 동식물의 지방 또는 재생유지를 원료로 알콜 또는 수소와 반응시켜 만들 어진 경유 대체 연료임. 디젤유와 비교하였을 때 세탄가, 열량, 점도 및 상변화 특성 등 이 매우 유사하며 독특한 윤활성 때문에 기존 디젤유의 첨가제로도 그 응용이 가능함. [유지로부터 바이오디젤 생산 반응] 바이오디젤은 기본적으로 유황의 함량이 낮아 내연기관에서 연소될 경우 기존 디젤유 보다 황산화물이 적게 발생할 뿐만 아니라 분진, 미연 탄화수소 및 일산화탄소의 발생 이 기존 디젤유보다 훨씬 적다는 장점을 지니고 있음 현재 바이오디젤은 대부분 식물성 기름(유채유, 대두유 등)을 원료로 사용하며 총 생산 비중 원료비의 비중이 높을 뿐만 아니라 식물성 기름의 식품시장에서의 수요에 따라 원료 수급이 원활치 못한 문제점이 있음. 이러한 원료의 수급 불안정성과 고비용 문제 - 23 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 를 해결하기 위해 식용으로 사용이 어려운 폐유지를 바이오디젤 생산 원료로 활용하려 는 공정개발이 활발히 진행됨. B. 바이오알코올 바이오에탄올은 사탕수수 등 당질계와 옥수수, 밀전분, 카사바 등 전분질계 및 나무, 풀 등 목질계를 원료로 생물학적 발효방법으로 생산된 에탄올을 말하며 99.5% (v/v)이 상으로 정제되어 가솔린에 첨가하거나(85% 이하), 95%(v/v) 함수 바이오에탄올로 자동 차용 연료로 쓰일 수 있는 제품 가솔린과 비교하였을 때 옥탄가, 함산소율 등은 높으며 열량, 공해물질 함유는 상대적 으로 낮으나 연소특성 등이 매우 유사하며 기존 가솔린의 대체연료로 혼합 및 직접 사 용이 가능함. 바이오에탄올은 기본적으로 원료가 바이오매스이므로 온실가스를 감축할 수 있으며, 함산소 연료로 미연 탄화수소 및 일산화탄소의 발생을 저감하나, 질소 산화물의 발생 은 더 많아질 수 있음. 현재 바이오에탄올은 전부 당질 및 전분질계 곡물 원료를 사용하므로 총 생산비중 원 료비의 비중이 높을 뿐만 아니라 식품과 경합하여 원료 수급 불안, 가격 상승 등의 문 제점이 있음. 이러한 원료의 수급 불안정성과 고비용 문제를 해결하기 위해 식용으로 사용이 불가한 목질계(셀룰로오스) 혹은 해조류 등을 바이오에탄올 생산원료로 활용하 려는 공정 기술개발이 활발히 진행되고 있음. 나. 범위 및 분류 A. 바이오디젤 현재 보급중인 대부분의 바이오디젤은 동/식물성유지(유채유, 대두유, 팜유, 폐유지 등)와 알콜을 반응물로 사용하는 알킬 에스테르화에 의해 제조하고 있으며, 알콜 대신 수소를 반응물로 사용하는 경우 수첨 바이오디젤(Hydrotreating biodiesel, HBD) 등 별 도의 명칭으로 칭하고 있음. 바이오디젤은 원료인 동/식물유 전처리, 바이오디젤 전환용 촉매 양산 및 바이오디젤 생산공정으로 구성되며 바이오디젤 기술은 모든 생산공정 및 공급 망 단계에서 사용되 는 각종 소재와 부품을 포함함. - 24 -

전략제품 [바이오디젤의 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 바이오디젤 알킬에스터 수첨 바이오디젤 바이오디젤, 글리세린 HBD, 프로판, CO2, 메탄 등 [공급망 단계별 주요 제품 분류 표] 대분야 중분야 세부 제품 바이오디젤 원소재 촉매 바이오디젤 전환 공정 부산물 활용 유통 유채, 대두, 팜유, 폐식용유, 동물성 유지 등 NaOH, 황산, 고체 산/알카리 촉매 등 바이오디젤 플랜트 고순도 글리세린 바이오디젤 물성 개선 첨가제 따라서, 바이오디젤 기술의 범위는 - 동식물성 기름과 알콜을 반응하여 만들어지는 알킬에스터와 수소와 반응하여 생산하 는 수첨 바이오디젤을 포함하고, - 공급망 기준으로는 동/식물성 원료유 생산 및 바이오디젤 생산 및 연료 유통 단계에 사용되는 각종 소재와 부품을 포함하며, - 기술적으로는 원료 생산, 바이오디젤 전환, 유통 및 차량 적용 기술 등이 포함됨. B. 바이오알코올 바이오알코올은 당질, 전분질, 셀룰로오스 유래 원료를 효소당화(또는 추출)하여 당( 糖 ) 을 제조하고 이를 발효시켜 제조하고 가솔린의 대체연료 또는 혼합연료로 사용되는 모 든 제품(바이오에탄올, 바이오부탄올, ETBE 2) ) 등을 포함함. 바이오에탄올은 효모에 의해 생산되며 가솔린에 비해 부식성 및 친수성 등의 약점 때 문에 전 세계적으로 10% 이하 혼합하여 일반 차량 연료로 사용하며 고함량 혼합의 경 우 연료계통의 재료 개선, 에탄올 농도에 따른 자동 조절이 가능한 가변 연료 자동차 (FFV)의 연료로 적용이 가능하며 상용화되고 있음. 바이오부탄올은 박테리아에 의해 만들어지며 에탄올에 비해 부식성 및 친수성 등의 문 제가 없어 일반 차량 대해서도 고함량 혼합사용이 가능하지만 부탄올의 미생물에 대한 독성 문제 때문에 아직 상용화 되지 못하고 있음 2) Ethyl tertiary butyl ether - 25 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 바이오알코올은 원료인 당 생산, 바이오알코올(에탄올, 부탄올) 전환 공정 및 정제 공정 등으로 구성되며 바이오알코올 기술은 모든 생산 공정 및 공급 망 단계에서 사용되는 각종 소재와 부품을 포함함 [바이오알코올의 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 바이오알코올 바이오에탄올 바이오부탄올 바이오에탄올, 흡착제, 첨가제 등 바이오부탄올, 분리막 등 [공급망 단계별 주요 제품 분류] 대분야 중분야 세부 제품 바이오알코올 원소재 생물 촉매 바이오알코올 생산공정 정제 부산물 활용 사탕수수, 카사바, 옥수수, 쌀 등 곡물류, 폐목재, 볏집, 옥수수대 등 목질계, 우뭇가사리, 다시마 등 해조류 고활성 효모, 박테리아 발효기 증류, 흡착 공정, 분리 막 등 DDGS (사료 첨가제) 따라서, 바이오알코올 기술의 범위는 - 제품으로는 바이오에탄올과 바이오부탄올을 포함하고, - 공급망 기준으로는 당 생산 및 생물촉매 개량, 알코올 생산공정, 알코올 분리 정제 시 스템 및 부산물 활용 등에 사용되는 각종 소재와 부품을 포함하며, - 기술적으로는 원료 생산, 바이오알코올 전환, 유통 및 차량 적용 기술 등이 포함됨. [바이오알코올 생산 원료별 공정도] - 26 -

전략제품 2. 산업 및 시장 분석 A. 바이오디젤 - 정부는 국내 수송 부문에서의 CO2 감축 수단으로서 바이오디젤의 유효성이 인정됨에 따라 보급을 지속적으 로 확대하기 위한 정책 시행 (2013년 2% 2020년 5%) - 바이오디젤 시장은 현재를 기점으로 지속적인 성장이 예상되는 만큼, 관련 중소기업들에 대한 정부의 시의 적절한 지원책은 향후 바이오디젤 분야가 국가의 중추 산업으로 발전할 수 있는 초석이 될 수 있음. - 바이오디젤 관련 산업은 국가간/기업간 경쟁이 매우 치열한 분야로 아직까지 정부 정책의 의존성이 높은 사 업이며, 사업 형태는 B2B와 B2C 모두 존재하나 현재는 B2B 사업이 주류임. - 바이오디젤은 바이오디젤 생산 설비 구축에 필요한 소재, 부품, 장비 등과 관련된 후방위 산업과 바이오디젤 활용과 관련한 정유, 유화산업 등의 전방위 산업 구조로 되어 있음. B. 바이오알코올 -CO 2 감축과 화석연료(가솔린)의 대체품으로서 바이오알코올이 관심을 받고 있으며, 비식용 원료 활용 기술과 고효율 플랜트의 개발이 필요함. - 바이오알코올이 기후 변화 해결을 통한 지속 성장의 실현 핵심 수단으로서 인식됨에 따라 2005년 이후 시장 가파르게 성장하고 있으나, 비식용원료인 목질계 원료로부터 알코올을 생산하기 위한 기술 개발이 진행되고 있으며 일부 상용화를 전제로 한 실증 공정 운전 연구가 진행중임 - 세계 바이오 에탄올 시장은 2010년 500억달러의 규모에서 2016년 751억달러로 성장 할 것으로 예상됨. 국내 에서도 RFS의 입법화로 2017년 3천억원, 2020년 5천억원의 에탄올 시장이 형성될 것으로 예상됨 - 바이오알코올관련 업체들은 고효율 알코올 발효 공정 시스템, 저에너지 소비형 알코올 분리/정제 공정, 발효 부산물의 고부가 제품화 공정 등을 개발하고 있음. 가. 니즈 분석 A. 바이오디젤 온실가스 규제 시장 니즈 1 : 재생연료 의무 사용 정책 (RFS) 정부는 온실가스 감축 목표(2020년 배출 전망치의 30%감축) 달성을 위해, 수송 부문에 서 온실가스 저감 효과가 큰 바이오디젤 비중을 적극적으로 확대할 계획임. - 2020년까지 바이오디젤 보급 목표를 5%로 높이는 재생연료 의무사용제(Renewable Fuel Standards)를 시행 예정임. 한국형 수송용 신재생에너지의 필요성이 증대하면서 수송용 대체 연료로 재생이 가능하고 기존의 화석연료시스템에 변화를 초래하지 않는 바이오디젤이 주목받고 있음. 낮은 가격 경쟁력 시장 니즈 2 : 저가격화(Cost down) 바이오디젤의 가격은 화석연료가격에 비해 가격 경쟁력에서 낮은 상태임. 이러한 고비 용 바이오디젤 생산 가격 문제를 해결하기 위해 보다 값 싼 원료의 활용이 필요하며 현재 폐식용유 및 산업 폐유지를 원료로 활용하는 기술 개발이 진행되어 왔으며 현재 - 27 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 폐식용유 원료 비중이 약 30%로 높아졌음. 향후 보다 저렴한 원료의 발굴을 통해 바이 오디젤의 저가격화는 지속적으로 이루어질 것임 곡물의 에너지 사용에 대한 도덕성 논란 시장 니즈 2 : 비식용 원료 활용 현재 바이오디젤은 거의 유채, 대두 및 팜유 등의 식물유로부터 생산됨. 폐식용유 및 동물성 유지 등 폐유지도 일부 사용되고 있지만 가용 자원양이 제한되어 향후 급증할 는 바이오디젤의 수요 대응 수단으로서 미흡함. 원료 수급 안정성 해결을 위해 목질계 및 해양 바이오매스(미세조류)를 활용하려는 기술개발이 진행 중임. 동 기술이 상용화 되면 바이오디젤 원료 수급 안정성 제고와 곡물 원료 사용에 따른 논란의 해소가 가능 할 것임 해외 바이오디젤 수요 급증 시장 니즈 4 : 고효율 바이오디젤 플랜트 수요 증가 미국 및 동남아에서는 산업 폐유지(팜유 부산물, 동물성 유지 등)로부터 바이오디젤을 안정 생산할 수 있는 고효율 바이오디젤 플랜트 수요가 존재하지만 현재 적용 공정은 다량의 폐기물 발생 등의 문제로 보급이 저조함 고체 촉매를 적용한 바이오디젤 플랜트 기술은 이러한 폐기물 발생이 획기적으로 저감 가능한 우수 기술임 [바이오디젤 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 경제 (E) 촉진 RFS 정책 상 중 하 상 중 하 저해 상 중 하 상 중 하 촉진 폐유지 활용 상 중 하 상 중 하 저해 낮은 경제성 상 중 하 상 중 하 2013년 현재 2%인 바이오디젤의 보급률을 2020년까지 5%로 높일 계획임 정부의 지원정책으로 발생가능한 저해요인 해소 가능 폐유지 활용으로 원가 30% 이상 절감 대체원료기술개발과 정책적 지원 예상 사회 (S) 기술 (T) 촉진 온난화 상 중 하 상 중 하 지속적인 이슈화로 재생에너지 수요 증대 예상 저해 곡물 원료 사용 상 중 하 상 중 하 폐기물이용 생산의 증가 촉진 고효율 바이오디젤 생산 공정 개발 상 중 하 상 중 하 기술개발의 가속화 예상 저해............ - 28 -

전략제품 B. 바이오알코올 지구 온난화 시장 니즈 1 : 이산화탄소 저감 필요 석유 고갈의 위기에 대한 대처 방안으로서의 관심과 병행하여 이산화탄소 배출량 감축 의 수단으로 가솔린 대체연료인 바이오알코올이 관심을 받고 있음 지구 대기 중의 이산화탄소 농도는 최근 50년간 100ppm 가까이 급격하게 상승하여 2050년까지 대기 중으로 배출되는 이산화탄소의 양이나 온실가스의 양도 꾸준히 증가 할 것으로 예상되고 있음. 원료 다변화 시장 니즈 2 : 비 식량자원 원료 개발 현재 상용화된 주요 바이오알코올의 원료는 목질계를 제외하고 식량 자원과 직결되는 당질계 또는 전분질계를 사용하므로 식량을 에너지로 사용한다는데 따른 도덕적 문제 뿐만 아니라, 원료 수급 문제가 발생될 수 있음. 또한 옥수수 재배는 상당량의 농약과 질소 비료를 사용함으로써 토양을 심하게 부식시키는 환경적인 단점도 존재함 우리나라와 같이 육상작물 재배 면적과 바이오매스 자원이 부족한 나라로서는 바이오 알코올 원료의 다변화가 절실함. 알코올 플랜트 수출 산업화 시장 니즈 3 : 바이오알코올 플랜트 공정 개발 동남아 주요 국가들에서는 자국 농산물(카사바 등)을 원료로 에탄올을 생산하여 연료로 활용하는 정책을 적극 추진 중임. 이에 따라 에탄올 플랜트 수요가 점차 증가하고 있음 국내 주정 업체들은 카사바 활용 에탄올 생산공정에 대한 충분한 경험을 갖고 있으므 로 비교적 단기간 내에 동남아에서 필요로 하는 고에탄올 수율 플랜트 설계 기술을 개 발할 수 있음 최근 국내 기업들은 정부 지원을 받아 비식용원료(목질계 및 해조류 등)로부터 바이오 에탄올 생산 파일롯 실증연구를 진행중이며 이들은 차세대 바이오알코올 플랜트 수출 에 산업화 가능할 것으로 예상됨 - 29 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 물성 개선 바이오알콜 연료 개발 시장 니즈 4 : 고함량 혼합 바이오알코올 연료 수요 증가 바이오연료 보급 확대를 위해 고함량 혼합 가능한 바이오알코올 기술 개발 필요성이 제기됨에 따라 미국의 Butamax는 바이오부탄올 생산 파일롯 공정 개발 및 상용화 실 증 연구 진행 중임. 국내의 정유사들도 바이오부탄올 생산 기술 개발을 진행 중이며 소규모 파일롯 실증연 구를 완료하여 부탄올 공정개발에 대한 경험을 갖고 있으므로 비교적 단기간 내에 시 장에서 필요로 하는 고효율 부탄올 생산 플랜트 설계 기술을 개발할 수 있음 [바이오알코올 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 RFS 정책 상 중 하 상 중 하 저해 지원정책의 지체 상 중 하 상 중 하 2013년 현재 보급되지 않는 바이오알코올의 보급률을 2020년까지 5%로 높일 계획임 정부의 지원정책으로 발생가능한 저해요인 해소 가능 경제 (E) 사회 (S) 기술 (T) 촉진 목질계 활용 상 중 하 상 중 하 국내 기술개발의 진전 예상 저해 낮은 경제성 상 중 하 상 중 하 촉진 온난화 이슈 상 중 하 상 중 하 저해 곡물 원료에 대한 거부감 대체원료기술개발과 정책적 지원 예상 지속적인 이슈화로 재생에너지 수요 증대 예상 상 중 하 상 중 하 대체원료기술개발 촉진 생명공학 기술 발전 상 중 하 상 중 하 바이오부탄올 기술 개발 저해 나. 산업 특징 및 구조 A. 바이오디젤 전 세계적으로 바이오디젤이 기후 변화 해결을 통한 지속 성장의 실현 핵심 수단으로 서 인식됨에 따라 2005년 이후 시장 가파르게 성장하고 있음. 현재 바이오디젤 생산 원료의 95% 이상은 식물성 기름이며 이러한 곡물유의 사용은 향후 급증하는 바이오디젤 수요 충족에 부족할 뿐만 아니라 고비용 3) 의 주원인임. 3) 원료비가 바이오디젤 총 생산비의 80%임 - 30 -

전략제품 단기 대책으로 미활용되고 있는 폐유지(폐식용유, 산업 유지부산물 및 동물성 유지 등) 를 원료로 바이오디젤을 생산하는 플랜트가 검토되고 있음. 폐유지로부터 바이오디젤을 고수율 생산하는 공정은 전 세계적으로 3 4개사만이 실증 수준의 기술을 보유하고 있으며 최근 1 2개업체가 상용화 설비 건설 중임. 바이오디젤은 경유에 비해 연료 물성이 좋지 않아 유통 과정에서 변성 문제가 발생할 수 있으므로 물성 개량 첨가제의 투여가 필요함. 전방 산업은 바이오디젤을 사용하는 정유업체, 후방산업으로는 유지 식물 경작 농업과 기름을 대량 생산하는 식물성 기름 정제업체 등이 있음 [바이오디젤 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 바이오디젤산업 전방산업 농업, 기계설비업, 식용유 가공업 폐유지 가공업, 바이오디젤, 촉매, 플랜트 엔지니어링, 첨가제, 분석 장비 정유산업, 재생에너지산업, 유화산업 등 [바이오디젤 중심의 SWOT 분석] 강점(Strength) - 부산물 글리세린 활용 가능 (기술 개발 필요) - 경유에 비해 높은 세탄가와 우수한 윤활성 - 바이오디젤의 높은 생분해성 - 바이오디젤 연료 품질 확립 기회 요인(Opportuinity) - 바이오디젤에 대한 수요 증가 - 바이오디젤 보급 활성화를 위한 정부 지원 강화 - 폐유지 활용 가능 약점(Weakness) - 낮은 경제성 - 바이오디젤의 용매 효과 - 낮은 저장 안정성 - 원료에 따른 바이오디젤 물성 차이 위험 요인(Threat) - 선진국 산업체들과의 시장 선점 경쟁 심화 - 해외 원료에 대한 높은 의존성 - 글리세린의 시장 포화로 인한 가격 하락 B. 바이오알코올 전 세계적으로 바이오에탄올이 기후 변화 해결을 통한 지속 성장의 실현 핵심 수단으 로서 인식됨에 따라 2005년 이후 시장 가파르게 성장하고 있음. 현재 바이오에탄올은 전량 식용 가능한 당질계 또는 전분질계 원료로부터 생산되고 있으며 이러한 원료의 사용은 향후 급증하는 바이오에탄올 수요 충족에 부족할 뿐만 아니라 고비용 4) 의 주원인임. 현재 비식용 원료인 목질계 원료로부터 알코올을 생산하 기 위한 기술 개발이 진행되고 있으며 미국에서는 상용화를 전제로 한 실증 공정 운전 연구가 진행 중임. 4) 원료비는 바이오에탄올 생산비의 60%수준임. - 31 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 미생물에 의해 만들어지는 바이오알코올은 농도가 매우 낮아 에너지 효율이 높은 정 제 공정의 적용이 필요하지만 이러한 정제 기술은 전 세계적으로 3 4개사가 시장을 지배하고 있음 바이오에탄올은 가솔린에 비해 연료 물성(부식성 및 물 친화성)이 좋지 않아 일반 차 량에서는 10% 이하 범위에서 혼합사용하고 있으며 부탄올의 경우 이러한 문제가 없어 고함량 혼합이 가능하지만 에탄올에 비해 발효/정제 공정이 까다로워 양산 공정이 개 발되지 못하였음 전방산업은 바이오알코올을 사용하는 정유업체와 주정업체, 후방 산업으로는 농업과 바이오알코올 생산 설비 관련 업체 등이 있음 [바이오알코올 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 바이오알코올산업 전방산업 농업, 기계 설비업, 미생물 육종업 바이오에탄올/부탄올, 발효 시스템 설비업, 에탄올 플랜트 엔지니어링, 분리 정제, 분석 장비 정유산업, 재생에너지산업, 주정 업체 등 [바이오알코올 중심의 SWOT 분석] 강점(Strength) - 높은 옥탄가로 연소 특성 향상 - 공해 물질 배출 저감 효과 (PM 및 NOx 등) - 낮은 CO 배출 - 가솔린과 혼합 사용 가능 기회 요인(Opportuinity) - 전 세계 바이오에탄올 플랜트 수요 증가 - 바이오연료 보급에 대한 정부 지원 정책 - 바이오에탄올 연료 품질 기준 마련 예정 약점(Weakness) - 낮은 경제성 - 에탄올의 좋지 않은 연료 물성 - 바이오부탄올 상용 공정 기술 미확보 위험 요인(Threat) - 선진국 산업체들과의 시장 선점 경쟁 심화 - 해외 원료에 대한 높은 의존성 다. 시장현황/전망분석 A. 바이오디젤 원료수집 및 제조 2012년 발행된 Global Biodiesel Market 시장 보고서에 따르면, 바이오디젤 전체 시장 은 2011년 200억달러 규모의 시장을 형성하고 있는 것으로 나타났으며, 연평균 7.0%성 장하여 2016년에는 264억달러로 2011년 대비 64%성장할 것으로 예상됨. - 32 -

전략제품 대체 연료로 재생이 가능하고 기존의 화석연료시스템에 변화를 초래하지 않아서 친환 경 에너지 분야에서 최근 주목받는 시장임. 정부의 온실가스 감축 목표 달성을 위해 수송 부문에서 온실가스 절감 효과가 큰 바이 오디젤 비중을 적극적으로 향상시킬 필요가 있으며, 재생연료 의무사용제(Renewable Fuel Standards) 등의 정책 시행으로 관련 분야의 고성장이 기대 됨. [바이오디젤 시장 현황 및 전망] (단위: 억원/억달러) 구분 년도 시장 규모 2012 2013 2014 2015 2016 성장률 CAGR(%) 바이오디젤 6,000 6,000 [7,500] [9,000] [10,500] 10.0 국내 시장 바이오디젤 플랜트 - - 200 200 200 (고체) 촉매 [180] [180] [225] [270] [315] 10.0 첨가제 [60] [60] [75] [90] [105] 10.0 바이오디젤 합계 6,240 6,240 8,000 9,560 11,120 바이오디젤 200 216 231 247 264 7.0 세계 시장 바이오디젤 플랜트 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 (고체) 촉매 6 6 6 6 6 첨가제 [0.2] [0.22] [0.23] [0.25] [0.26] 7.0 바이오디젤 합계 208.5 224.5 239.5 255.6 272.6 7.0 출처: 제3차 신재생에너지 보급 기본계획 (지식경제부, 2008). [ ]는 추정치, 환율 1,000원 Global Biodiesel Market 시장 보고서 한국은 아시아에서 가장 먼저 바이오디젤 양산을 시작하였으며 고체 촉매 적용 바이오 디젤 플랜트 기술은 세계 최고 수준에 도달한 만큼 향후 말레이시아, 인도네시아 등 동남아 국가 바이오디젤 플랜트 시장에 우선적으로 진출 가능할 것으로 판단됨. B. 바이오알코올 2010년 발행된 World Ethanol Markets: The Outlook to 2020 보고서에 따르면 액체 바이오연료 시장은 1세대 액체 바이오연료 시장과 그 외 바이오 액체연료 시장으로 구 분됨. - 액체 바이오알코올 연료 시장은 사용된 제품에 따라 에탄올과 부탄올로 구분됨. 또한 사용 원료에 따라 곡물을 이용하는 1세대 바이오연료 기술, 비식용 바이오매스(목질계 또는 해조류 등)를 원료를 하는 2세대 바이오연료 기술, 새로운 수송 인프라의 도입이 필요한 수소 등을 생산하는 3세대 바이오연료기술로 구분됨. - 33 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 - 현재 1세대 바이오연료인 에탄올과 바이오디젤만이 실제 사용되고 있으나 2050년까지 2세대 바이오연료가 수송 연료 소비량의 27%를 대체 할 것으로 예측 됨. 1세대 액체 바이오 연료 시장은 2010년 500억달러의 규모에서 2016년 751억달러로 성 장 할 것으로 예상 되며 연평균 성장률은 5%로 나타남. 기타 액체 바이오 연료 시장은 시장 규모는 아직 작지만 연평균 51.8% 고성장할 것으로 예상됨. 전 세계 에탄올 시장은 미국과 브라질이 절대 점유율을 차지하고 있으며 중국, EU 등 이 그 뒤를 따르고 있음. (단위: 106L) 자료: F.O. Lichts, 2010.05 World Ethanol Markets: The Outlook to 2020 [바이오에탄올 시장 전망] 자료: ISO, World Fuel Ethanol Outlook to 2020, 2012 [주요 국가별 바이오에탄올 생산 현황(2011)] - 34 -

전략제품 구분 국내 시장 세계 시장 년도 [바이오알코올 시장 현황 및 전망] 시장 규모 2012 2013 2014 2015 2016 바이오알코올 - - 360 360 바이오알코올 플랜트 - - [1,000] [1,000] 분리/정제 시스템 - - [72] [200] 부산물 - - 36 72 바이오알코올 합계 - - - 1,468 1,632 (단위: 억원/억달러) CAGR(%) 바이오알코올 600 639 677 715 751 5.0 바이오알코올 플랜트 [48] [48] [48] [48] [48] - 분리정제 시스템 [10] [10] [10] [10] [10] 부산물 [60] [64] [68] [72] [75] 7.0 바이오알코올 합계 718 761 803 845 884 7.0 자료: RFS (산업부, 2013, 6). [ ]는 추정치, 환율 1,000원 World Ethanol Markets: The outlook to 2020 정부는 에탄올 차량연료로 사용에 대한 실증 연구를 완료하였으며 이를 기반으로 에탄 올 차량연료 사용에 대한 지원 방안을 검토중임. 2013년 입법화된 RFS(안)에 따르면 2020년까지 5% 에탄올 혼합을 시행할 예정이며 2017년 3% 에탄올 보급을 예정하고 있 음. 이 경우 에탄올 자체 시장은 3,600억원, 에탄올 생산 플랜트 구축에 따른 시장은 에탄올 10만 kl 플랜트 건설비가 약 7백억원인 점을 고려하면 2017년에 에탄올 플랜트 시장 규모는 2천억원으로 산출됨. 세계 에탄올 플랜트 및 부산물 시장은 시장 보고서 (World Ethanol Markets: The outlook to 2020)에서 예측한 에탄올 생산량 증가에 비례하므로 이러한 관계를 이용하 여 산출하였음. 라. 공급망(분류)에 따른 분석 A. 바이오디젤 바이오디젤 분야는 원료 생산, 바이오디젤 전환 플랜트, 촉매 및 바이오디젤 물성 개량 첨 가제 등으로 공급망이 구성되며 운전 수명이 긴 고체촉매 개발, 고효율 바이오디젤 전환 공정, 공정의 모듈화 플랜트 및 바이오디젤 물성 개량 첨가제 등이 중요 기술로 도출됨. 세계 업체 및 제품 현황 - 고체촉매를 적용하여 바이오디젤을 생산하는 공정은 프랑스 Axen Inc.에 의해 개발된 바 있으나 동 공정에서는 저급 폐유지가 아닌 순수한 식물성 기름만을 원료로 사용가 능하다는 제한점이 있으며 폐유지를 원료로 바이오디젤 전환 공정은 오스트리아 BDI 에서 상용 실증 공정 운전 연구 단계임. - 35 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 - 미국의 Rohm & Haas Inc는 이온수지 기반의 바이오디젤 생산용 고체 촉매를 개발하 여 상용 제품으로 판매중임. - 미국의 Lubrizol 등에서는 바이오디젤 물성 개량 첨가제를 판매하고 있음. - 수소 첨가에 의해 물성 개량 바이오디젤인 HBD를 생산하는 공정은 핀란드 Neste Oil 이 세계에서 유일하게 상용화 기술을 보유하고 있으며, 일본 NOC(Nippon Oil Company), 국내 SK 이노베이션 등에서 HBD 공정 파일롯 실증 연구를 완료함. 국내 업체 및 제품 현황 - 바이오디젤 업체 중 부품소재 업체는 20여개로서 비중은 약 80%이며, 바이오디젤물성 개량 첨가제의 경우 수입에 의존적이며, 기술의 종속성이 너무 크고 로얄티 부담 가중 되는 상황임. 바이오디젤 플랜트 핵심 소재 및 응용관련 업체는 대부분 소규모 업체들 로서 경쟁력이 해외 선진기업들에 비해 낙후되어 있음. [공급망 분석 종합] 공급망 단계 원료유 바이오디젤 플랜트 촉매 바이오디젤 첨가제 주요내용 폐유지 바이오디젤 전환 고체 촉매 바이오디젤 물성 개선 주요 제품/기술 폐식용유 분리기 바이오디젤 플랜트 첨가제 해외 기업 국내 기업 Cargil CJ, 폐식용유 수거업체 등 Lurgi Bio BDI Axens Rohm& Haas Lubrizol SM-POT 한텍엔지니어링, 서울기계 SM-POT, 해피 세라믹 - SK Innovation SK Innovation - 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) - 최근 국내 바이오디젤 시장은 대기업들이 시장 진입하면서 경쟁력이 상대적으로 취약 한 중소기업들이 고전하고 있는 상황임. - 중소기업의 역할이 중요한 바이오디젤 부품 산업의 육성이 필요함. B. 바이오알코올 바이오알코올 분야는 원료 생산, 바이오알코올 발효 설비, 분리/정제 및 플랜트 설계와 부산물 활용 등으로 공급 망이 구성되며 고효율 알코올 발효 공정 시스템, 저에너지 소 비형 알코올 분리/정제 공정, 발효 부산물의 고부가 제품화 등이 중요 기술로 도출됨. 세계 업체 및 제품 현황 - 미국은 옥수수를 원료로 활용하여 약 10여개의 주요 업체가 전분질계 에탄올을 생산 하며 브라질은 사탕수수로부터 직접 발효하여 에탄올을 생산하고 있음. - 36 -

전략제품 - 전 세계 에탄올 생산 플랜트 시장의 50% 이상을 오스트리아 Vogelbusch GmbH에서 점유하고 있음 - 발효 에탄올을 연료용 무수 에탄올로 고도 정제하는 설비 시장은 시장의 주공급설비 인 증류 공정 외에 잔여 시장을 미국의 UOP (흡탈착 공정)와 독일의 GFT(분리막 공 정)이 양분하고 있음. - 에탄올보다 연료 물성이 우수하여 차세대 연료로 주목받고 있는 부탄올은 미국의 Dupont와 영국의 BP의 합작회사인 Butamax 및 Gevo 등에서 상용화 공정 개발 중임. 국내 업체 및 제품 현황 - 국내 에탄올 생산업체로는 10여개의 주정업체가 있으며 이들은 국내 잉여 농산물(현 미) 및 수입 타피오카 등을 주원료로 활용하여 음료용 에탄올을 생산하고 있음. 최근 한 국내 중소기업은 우뭇가사리 등 해조류로부터 바이오에탄올을 생산하는 상용화 기 술을 개발한 바 있음. - 바이오알코올 업체 중 부품소재 업체는 20여개로서 비중은 약 80%이며, 국내 시장이 음료용 에탄올 생산에 집중되어 연료용 에탄올 및 부탄올에 대한 기술 개발은 미미한 실정임. 특히 에탄올 탈수 공정의 경우 차세대 기술인 막 이용 탈수 공정은 국내 기술 기반이 매우 취약하여 국내 연료용 알코올의 보급이 시작되면 대부분 탈수 공정 기술 은 해외에 의존하게 될 것으로 예상되며 이에 따른 로열티 부담이 커질 것으로 판단됨. - 바이오부탄올의 경우 SK Innovation, GS-Caltex 등 대기업이 공정 개발에 착수하였으므 로 동 기술의 산업화에 필요한 부품 소재 기술 개발을 담당할 중소기업 역할이 요구됨. - 최근 국내 알코올 시장은 음료용 위주로 형성되어 있지만 최근 정부에서 바이오에탄 올의 연료 보급 방안을 추진하면서 주정업체 및 정유사 등이 이에 대한 대응을 위해 기술개발을 진행 중임. - 알코올 플랜트 설비 구축에 필요한 많은 설비 부품의 공급 기반 구축을 위해서는 관 련 중소기업의 육성이 필요함. [공급망 분석 종합] 공급망 단계 원료 생물 촉매 발효 설비 바이오알코올 플랜트 분리/정제 설비 주요 내용 우수 미생물 개발 주요 제품/기술 해외 기업 국내 기업 당 Cargil CJ, 대상, 진로발효, 창해 에탄올, 무학 주정 바이올 시스템즈 에탄올/부탄올 발효 미생물 Gevo, Amyris, LS9 CJ, 대상, 진로발효, 창해에탄올, 마크로젠, GS-Caltex, SK Innovation 알코올 전환 설비 플랜트 설계 무수 알코올 제조 발효기 바이오에탄올 플랜트 막분리 시스템 - Vogelbusch 창해에너지어링, 바이오트론, 코바이오텍, 코오롱 건설 Ajinomoto Dupont 창해에너지어링 (에탄올), 코오롱 엔지니어링 (에탄올), 창해에너지어링, GS-Caltex, SK Innovation (부탄올) 바이올시스템즈(해조류 에탄올) - 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) - 37 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 3. 기업니즈조사 바이오액상연료에 종사하는 중소기업의 제품개발 현황을 조사한 결과, 구체적으로 다 음과 같은 다양한 제품을 개발, 판매하고 있음. - 미세조류 대량배양 시스템, 바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오매스 연료. 또한 바이오액상연료와 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진하고 있음. - 다품종 저급 유지 및 특수유지를 이용한 바이오디젤 생산, 산업폐기물(목질계, 주정박 등)으로부터 바이오에탄올 전환기술개발. 바이오액상연료의 중소기업들은 향후 다음과 같은 제품 개발 계획을 가지고 있음. - 미세조류 배양관련 기반기술, 바이오디젤, 바이오에탄올. 또한 바이오액상연료와 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진할 계획임. - 미세조류의 대량생산기술, 오일팜에서 효과적인 Product 및 sub-product의 추출 및 바 이오디젤 생산, 바이오디젤 생산 관련 인프라 구성 및 효율성 증대 기술 개발. 4. 요소기술 후보군 [요소기술 후보군] 구성요소 요소기술 출처 원소재 촉매 (Alc)섬유질계 원료의 전처리 기술 (Alc)해조류의 전처리/당화 기술 (Diesel)바이오디젤 분리 정제 기술 (Diesel)미세조류로부터 지질 추출 기술 (Diesel)바이오디젤 원료 전처리 기술 개발 (Alc)효소(셀룰라제, 자일라나제 등)의 양산 공정 기술 (Alc)미생물의 효소 생산성 향상 기술 (Alc)오탄당, 육탄당 동시 발효 균주 개량 기술 (Alc)알코올 발효 균주의 생산성 개선 기술 (Alc)부탄올 균주 개량 기술 (Diesel)고체 촉매 개발/저가화 기술 (Diesel)생물 촉매 양산 기술 (Diesel)효소 고정화 기술 (Diesel)수첨 바이오디젤용 촉매 기술 논문, 니즈 특허, 논문, 니즈 논문, 특허 특허 니즈 논문 논문, 특허 논문, 특허 특허 특허 특허 논문, 특허 논문, 특허 논문, 특허 - 38 -

전략제품 구성요소 요소기술 출처 생산공정 정제 기타 (Alc)당질계 원료(사탕수수, 사탕 무, molasses 등)의 에탄올 전환 공정 기술 (Alc)전분질계 원료(옥수수, 카사바 및 고구마, 감자 등)의 에탄올 전환 공정 기술 (Alc)목질계 원료(나무, 볏짚, 억새 등)의 에탄올 전환 공정 기술 (Alc)동시 당화 발효 공정 기술 (Alc)해조류 당의 알코올 전환 공정 기술 (Alc)화학촉매에 의한 부탄올 전환 기술 (Diesel)유지/폐유지의 바이오디젤 전환 공정 기술 (Diesel)유리지방산의 에스테르화 기술 (Diesel)바이오디젤 연속 생산공정기술 (Diesel)초임계 바이오디젤 공정 기술 (Diesel)수소 첨가(수첨) 바이오디젤 생산공정 기술 (Diesel)Microwave 바이오디젤 공정 기술 (Diesel)바이오디젤 플랜트 모듈화 기술 (Alc)합성 가스의 에탄올 발효 기술 (Alc)발효 저해물질 정량화 및 제거 기술 (Alc)저농도 알코올의 분리/정제기술 (Alc)고농도 알코올의 탈수 기술 (Diesel)글리세롤 정제기술 (Alc)발효 부산물의 활용 기술 (Diesel)부산물(글리세롤) 전환/활용 기술 (Diesel)바이오디젤 물성개선(첨가제/블렌딩, 산화 안정성) 기술 (Diesel)저온 유동성 개선 첨가제 기술 (Diesel)바이오디젤 활용 엔진 시스템 관련 기술 논문, 특허 논문, 특허 특허, 논문, 니즈 특허 특허, 니즈 논문, 특허 논문, 특허 논문, 특허 논문, 특허, 니즈 논문 논문, 특허 논문 논문, 특허 특허 논문 논문, 특허 논문 특허 특허 논문, 특허 논문 특허 5. 핵심기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 전문가의 합의로 요소기술을 조정함. - 39 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 [요소기술 조정 결과] 구성요소 요소기술 출처 원소재 생물 촉매 바이오알코올 생산공정 정제 목질계 원료의 연속 전처리 장비 개발 해조류의 전처리/당화 기술 고활성 효소(셀룰라제, 자일라나제 등)의 양산 공정 기술 미생물의 효소 생산성 향상 기술 고활성 오탄당, 육탄당 동시 발효 균주 개발 알코올 발효 균주의 생산성 개선 기술 부탄올 균주 개량 기술 당질계 원료(사탕수수, 사탕 무, molasses 등)의 에탄올 전환 공정 기술 전분질계 원료(옥수수, 카사바 및 고구마, 감자 등)의 에탄올 전환 공정 기술 섬유질계 원료(나무, 볏짚, 억새 등)의 에탄올 전환 공정 기술 동시 당화 발효 공정 기술 해조류 당의 알코올 전환 공정 기술 화학촉매에 의한 부탄올 전환 기술 발효 저해물질 정량화 및 제거 기술 저농도 알코올의 분리막 장치 개발 무수 알콜 제조용 분리막 소재 특허, 기업니즈, 전문가 특허, 기업니즈 특허, 전문가 특허 특허, 전문가 특허 특허 특허 특허 특허,기 업니즈 특허 특허, 전문가 특허 특허 특허 특허, 전문가 부산물 활용 발효 부산물로부터 유용물질 추출 및 활용 기술 특허, 전문가 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술을 보완함. - 선정위원회를 통해 필요에 따라 요소 기술 명칭을 일부 수정하였고, 중복된 요소 기술 은 통합하고 반드시 필요한 기술을 추가함. - 부산물의 활용의 경우 정제도 포함되어야 하므로 발효 부산물로부터 유용물질 추출 및 활용 기술 로 재명명함. 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성 (5)으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽(5) 정도를 고려하여 평가 - 40 -

전략제품 [핵심기술 선정결과] 공급망 또는 중분류 핵심기술 목질계 원료의 연속 전처리 장비 기술 바이오알콜 전분질계 원료의 연속 에탄올 전환공정 기술 고농도 알코올 탈수 설비 기술 바이오디젤 생산용 고체 촉매 양산 설비 기술 바이오디젤 바이오디젤 플랜트 모듈화 기술 부산물(글리세롤) 전환/활용 기술 바이오디젤 물성 개선 첨가제 기술 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심기술에 대한 연구 목표] 공급망 또는 중분류 핵심기술 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 목질계 원료의 연속 전처 리 장비 기술 당 수율 80% 85% 90% 이상 90% 이상 바이오알콜 전분질계 원료의 연속 에 탄올 전환공정 기술 에탄올 수율, 생산성(g/l-h) 80%, 1.5 < 85%, 2.0 < 88%, 2.5 < 88%, 2.5 이상 고농도 알코올 탈수 설비 기술 탈수 비용 (원/L 에탄올) < 17 < 15 < 14 14 이하 바이오디젤 생산용 고체 촉매 양산 설비 기술 촉매 생산 용량 (kg/일) 0.1 2.0 10 < 10 이상 바이오디젤 플랜트 모듈 화 기술 모듈화 플랜트 설계 자료 (톤/년) 단위 공정 설계 모듈화 기술 개발 상용 공정 설계 기술 (50,000 톤/년) 상용 공정 설계 기술 (50,000 톤/년) 바이오디젤 부산물(글리세롤) 활용 기술 전환/ 고부가제품화 정제 기술 개발 제품화 기술 개발 실증 및 시제품 생산 (1,000원/kg 이상) 실증 및 시제품 생산 (1,000원/kg 이상) 바이오디젤 물성 개선 첨 가제 기술 시제품 생산 요소 기술 확보 제품화 기술 개발 시제품 생산 (30,000원/kg 이하) 시제품 생산 (30,000원/kg 이하) - 41 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오액상연료 나. 로드맵 작성 - 42 -

전략제품 바이오가스 1. 개요 - 정의 : 바이오가스는 생물학적 방법으로 유기성폐기물을 혐기성 미생물로 소화하여 제조하는 메탄을 주성분 으로 하는 가스이며, 바이오매스 합성가스는 열화학적 방법으로 가스화하여 수소 및 일산화탄소를 주 성분으로 하는 가스 제품임. - 범위 : 바이오가스 및 바이오매스 합성가스 제조기술에는 유기성폐기물 전처리 설비, 혐기성 소화조(생물학적 방법), 가스화기(열화학적방법), 정제설비, 에너지화(연료, 전기 등)설비를 포함함 가. 정의 및 필요성 바이오가스는 생물학적 방법으로 유기성폐기물을 혐기성 미생물로 소화하여 제조하는 메탄을 주성분으로 하는 가스이며, 바이오매스 합성가스는 열화학적 방법으로 가스화 하여 수소 및 일산화탄소를 주성분으로 하는 가스 제품임. [바이오매스의 생물학적 열화학적 가스화] 생물학적 바이오가스 제조기술은 유기성 폐기물(음식쓰레기, 축분 등) 또는 매립지에서 의 유기물이 젖은 상태에서 혐기성 미생물로 소화되면 가수분해, 유기산 생성, 환원단 계를 거치면 바이오가스가 생성되고, 이를 발전, 연소 열공급, 정제하여 도시가스, 자동 차용 연료 등으로 사용할 수 있음. 생물학적 바이오가스 제조기술은 산소가 없는 상태에서 혐기성소화에 분해 가능한 유 기물을 메탄으로 전환한다는 의미에서 메탄발효라고도 함. - 43 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오가스 [가스화 반응 원리(생물학적)] 열화학적 바이오매스 합성가스 제조기술은 사용하는 원료 및 최종적으로 얻고자 하는 물질 종류에 따라서 다양한 기술이 사용되고 있음. 대체로 바이오매스 종류에 관계없 이 모든 탄화수소 물질로부터 합성가스(CO, H2)를 생성할 수 있고, 이를 원하는 형태 의 제품으로 전환하여 사용할 수 있음. 가스화 원료가 되는 바이오매스로는 섬유소식물체(목질계, 볏짚 등)와 메탄가스를 생성 하는 유기성폐기물(음식쓰레기, 축분 등)이 있음. 열화학적 전환기술은 인류가 오랜 기간 동안 이용해온 에너지 이용 방식으로 연소, 열 분해, 가스화, 액화 등이 포함되며 열, 전기, 가스, 메탄올, 디젤 등의 다양한 제품들을 얻음. [바이오매스의 열화학적 전환기술] - 44 -

전략제품 가장 널리 이용되는 연소법은 주로 열을 생산하는 목적으로 이용되며, 전기생산 효율 을 향상시키거나 화학물질 및 다양한 제품생산을 염두에 두는 경우에는 일산화탄소와 수소를 생산하는 가스화 기술이 각광을 받고 있음. [가스화 반응 원리(열화학적)] 가스화 공정은 건조, 탈휘발, 연소, 가스화 등이 순차적 또는 동시에 일어나는 복합 반 응 공정으로 고체 탄화수소 물질들을 가스상 물질들로 전환시킴. 다양한 바이오매스 자원들로부터 친환경적 방법으로 합성가스를 생산하고 수소부터 합 성 디젤까지 다양한 에너지 자원을 생산할 수 있는 복합 공정 기술로서 자국 내에서 원료를 얻을 수 있어 에너지 자립과 에너지 안보를 향상시키는 핵심 기술임. 나. 범위 및 분류 (바이오가스 관점) 바이오가스 기술의 범위는 혐기소화 공정기술 (전처리, 소화조, 가 스포집), 바이오가스 정제기술, 가스자원화 기술(연료, 전력, 열)을 포함. 바이오가스 설 비산업의 가치공급 사슬은 다음과 같음. [바이오가스 설비산업의 가치공급 사슬과 업체] 기 술 항 목 공정(시공) 공정업체수 기자재/설비 업체수 설계 총괄 설계 설계자 3 수집운반 수집, 운반, 공급 지자체 용기, 운반구 - 전처리 파쇄, 이송, 선별 업체 20 분쇄, 선별기 업체 1 혐기성소화 교반, 가열, 입출 업체 20 소화조 용기 업체 4 가스포집, 정제 제습, 탈황, 저장 업체 20 가스홀더, 정제 업체 1 가스자원화 연료, 전력, 열 업체 20 가스엔진 등 업체 5 후처리 퇴비화, 정화처리 업체 20 고액분리기 등 업체 15 운영 공정운전, 관리 지자체 18 자료: 환경산업기술원(KEITI), 환경산업 주요업종 현황분석 및 발전 방안 (전문가 회의자료) 2011. 11. 15-45 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오가스 (합성가스화기 관점) 공정은 가스화기의 운전형태에 따라서 고정층(Fixed bed), 이동층 (Moving bed), 유동층(Fluidized bed), 분류층(Entrained bed) 등을 포함. [바이오매스 합성가스화 반응기의 종류] (공급망 관점) 바이오가스화는 생물학적 분해 가능한 유기성폐기물, 전처리 설비, 혐기 성 소화조, 가스내 오염물질을 재거하는 정제설비, 에너지화(연료, 전기 등)설비으로 구 성됨. - 바이오 합성가스화는 가스화 반응에 참여하는 바이오매스, 산소, 증기 등을 주입하는 전처리 설비, 가스화 반응이 일어나는 가스화기, 합성가스 내의 오염물질들을 제거하 는 정제 설비, 합성가스로부터 전력, 수소, 메탄올, 액체 연료 등을 생산하는 전환 설 비 등으로 구성됨. [바이오가스화 공정 예] - 46 -

전략제품 [바이오합성가스화 공정 예] [바이오가스/합성가스 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 바이오매스가스화 바이오가스 바이오매스 합성가스 전처리 설비, 혐기성 소화조, 정제설비, 에너지화설비 전처리 설비, 가스화기, 정제 설비, 전환 설비 [공급망 단계별 주요 제품 분류] 대분야 중분야 세부 제품 바이오가스/ 바이오매스합성가스 전처리 설비 가스제조 설비 가스정제 설비 에너지화 설비 분쇄기, 선별기, 건조기 정량공급장치, 혐기성 소화조, 가스화기 집진, 촉매분해, 흡착공정, 분리 막, 증류 등 가스엔진, 발전기, 열교환기 따라서, 바이오매스 가스화의 범위는 - 바이오가스의 생산과 사용에 필요한 공정 기술과 함께 - 바이오합성가스화를 위한 고정층, 유동층, 분류층 등을 모두 포함하는 반응 기술 영역 이며, - 공급망 기준으로 바이오매스 전처리, 가스화기, 정제설비, 에너지화 설비 등의 전영역, - 기술적으로는 바이오매스의 건조 및 고온 공기를 주입하는 전처리 기술, 고정층, 유동 층, 순환유동층 등의 가스화기, 혼합 연료 이용을 위한 복합 가스화기, 고순도 정제 설 비 등의 가스화 반응을 위한 단위 공정뿐만 아니라, 가스 엔진, 수성가스 전환 반응, FT 전환 공정이 포함된 전환 공정 및 바이오정제 기술까지 포함 - 47 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오가스 2. 산업 및 시장 분석 - 신재생에너지의 확대 적용에 따른 고효율 가연성 폐기물의 에너지화 기술의 요구 증대됨에 따라, 바이오매스 가스를 이용한 발전 및 수송용 분야로 응용범위가 확대되고 있음. - 가연성 폐기물 뿐만 아니라 바이오매스까지의 복합폐기물을 대상으로 한 가스화 기술과 함께 생산가스로부 터 고부가가치의 연료를 회수 활용하고자 하는 기술이 활발히 개발되고 있음 - 국내의 경우 2020년까지 현재 가용량이 모두 관련 시설로 처리 된다고 보면 년 평균 약 4,400억원의 잠재시 장이 형성되리라 예측되고 있음. - 일본, 캐나다 및 EU에서는 폐기물 및 바이오매스를 활용하여 합성가스 생산 및 합성가스의 고부가가치 연료 인 고순도 수소, 일산화탄소를 생산하여 다양한 석유화학계 연료를 대체하는 상용플랜트를 보급하고 있음. 가. 니즈 분석 (1) 바이오가스 부문 가격경쟁력 요구 시장 니즈 1 : 유기성 폐기물의 수집, 처리 체계 기술 축산분뇨는 저비용 설비와 운영 용이성, 소화액 농지살포 및 유기농 연계가 필요하며 소규모 저비용 설비의 개발적용이 필요함. 음식물쓰레기, 폐수의 분리수거, 하수슬러지와의 병합소화 및 소화액의 하수 혹은 폐수 처리장 연계가 필요하며 대규모 고성능 설비의 개발 적용이 필요함. 가격경쟁력 요구 시장 니즈 2 : 혐기소화 공정 기술력 향상 원료 수급개선 (병합소화, 탄소원 추가), 전처리(파쇄 및 선별) 공정개선을 통한 바이오 가스 수율 향상 농지살포, 하수처리장 연계, 정화처리 기술개선을 통한 소화액 후처리 저비용화 바이오가스 활용기술 (열병합 발전, 가스정제 이용) 최적화를 통한 바이오가스 생산공 정의 경제성 향상 원료 특성별 공정기술의 특화 즉 축산분뇨 처리를 위한 소규모 저비용 설비, 그 외 생 활 폐기물을 처리 대상으로 한 대규모 고성능 통합설비 기술의 정착 - 48 -

전략제품 (2) 바이오매스 가스화 부문 가격경쟁력 요구 시장 니즈 1 : 중소형 바이오매스 가스화 국내의 바이오매스 자원량과 건축 폐목재, 생활 폐목재, 산업가공 폐목재 등도 지속적 으로 증가하므로, 친환경적으로 처리할 수 있는 기술 개발이 필요함 국내의 바이오매스 가스화 기술개발은 수집비용이 대폭 증가하지 않는 규모로 개발이 진행되어야 하며 국내 바이오매스 자원의 특성을 고려한 전처리 공정, 가스화기 설계 등이 필요함. 타르 발생량의 저감 및 대처 요구 시장 니즈 2 : 저타르 발생 가스화기 및 저비용 타르 개질기 정부의 녹색성장 정책에 따라 바이오매스 가스화기에 대한 수요가 증가하고 있으나 높 은 타르 발생량은 가스화기의 효율을 낮추고 안정적인 조업을 가로막는 장벽임. 타르 발생량을 저감시킬 수 있는 가스화기의 설계 및 제작을 통해 가스화기에 대한 신뢰 도 및 효율 향상과 가스 엔진, FT 공정 등과 같은 합성가스 응용공정의 이용을 위해 타르 를 개질함으로써 합성가스의 양을 증가시키고 공정의 효율을 증가시키는 기술이 필요함. 안정적인 국산 공정의 부재 시장 니즈 3 : 바이오매스 가스화 공정의 국산화 및 핵심 기술 확보 유럽은 바이오매스 연소에서 확대되어 바이오매스 가스화 공정기술을 확보하고 있으 며, 펠렛 연료 생산, 건조, 합성가스 정제 등의 핵심 요소기술들도 확보하고 있으나 높 은 비용으로 인해 중소형 가스화기 개발에 적용하기 어려움. 바이오매스 가스화기의 설계 및 제작, 타르 제거기술, 중소형 바이오매스 가스화 공정 연계 등의 핵심 공정기술들의 국산화를 통해 단가절감 뿐만 아니라, 소싱 기업 다변화 를 통해 수급 불안정성 해소 필요. [산업시장 수요 분석 및 시장니즈] 요인 - 가격 경쟁력 요구 - 타르 발생량 저감 및 대처 요구 - 안정적인 국산 공정의 부재 Needs - 중소형 규모의 바이오매스 가스화 공정 - 저타르 발생 가스화기 및 타르 개질 기술 - 바이오매스 가스화 공정의 국산화 및 핵심 기술 확보 - 49 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오가스 [바이오 가스/합성가스 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 경제 (E) 사회 (S) 기술 (T) 촉진 국가에너지기본계획 및 온실가스 감축의무 정책 상 중 하 상 중 하 탄소중립 연료이용기술 저해 정부 인센티브 부족 상 중 하 상 중 하 촉진 저해 탄소세 및 신재생에너지 의무부담 부여 낮은 전기등 에너지 비용단가 제도 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 정부의 적극적 유도정책 진행예상 발전사 의무사항, 열 판매도 RPS에 포함 예정 전력요금 현실화 정책 기대 촉진 에너지자원화 인식 증대 상 중 하 상 중 하 지자체등의 관심 증가 저해 촉진 슬러지등 바이오자원화 시설 설치 기피의식 원천적인 국산화 기술개발 필요 상 중 하 상 중 하 바이오가스 생산플랜트 설치문제 상 중 하 상 중 하 플랜트 산업화/수출 저해 상용화 제품기술개발 상 중 하 상 중 하 국내 개발기술의 최적화 및 운영기술 확보 필요 나. 산업특징 및 구조 국내뿐만 아니라 해외 가스화 시장이 급성장하고 있으며, 바이오매스 가스의 고부가가 치 연료 생산기술이 개발되어 상용화 되고 있음. 폐기물 에너지화 기술별 신재생에너지 보급 기여도 전망으로부터 2020년 238,632 TOE/년의 신재생에너지 보급 기여도를 달성하기 위해서는 국내 고유 모델의 바이오매 스 가스화 합성가스 연료회수 전체 시스템 기술 개발이 시급히 진행되어야 함 바이오가스화 기술은 가연성폐기물 뿐만 아니라 바이오매스 및 저급연료를 모두 활용 할 수 있으므로 다양한 폐기물을 복합적으로 이용하는 복합폐기물을 대상으로 한 가스 화 기술과 함께 합성가스로부터 고부가가치의 연료를 회수 활용하고자 하는 기술이 활 발히 개발되고 있음 일본, 캐나다 및 EU에서는 폐기물 및 바이오매스를 활용하여 합성가스 생산 및 합성가 스의 고부가가치 연료인 고순도 수소, 일산화탄소를 생산하여 다양한 석유화학계 연료 를 대체하는 상용플랜트를 보급하고 있음 [바이오가스/합성가스 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 바이오매스 가스 산업 전방산업 폐기물 전처리 엔지니어링, 기계, 자동화 설비, 안전 분석장비, 소화조, 가스엔진, 보일러, 화학공정 화학공정, 발전 시스템, 수송연료 - 50 -

전략제품 [바이오가스/합성가스 중심의 SWOT 분석] 강점(Strength) - 화석에너지 대체에 따른 온실가스 저감효과 - 가스화 기초연구 다수 수렴 - 바이오매스 가스화는 2차오염을 획기적으로 줄이면서 합성가스 를 다양한 형태의 고부가가치 연료로 사용할 수 있는 방법임 기회요인(Opportunity) - 바이오매스에 대한 친환경적인 에너지화 방법의 필용성 대두 - 정부의 적극적인 신재생에너지 보급 및 확대정책 - 국제 유가 상승에 의한 폐기물 에너지화에 대한 필요성 인식 - 중국, 동남아, 중동 등의 새로운 환경시장 형성 약점(Weakness) - 핵심적인 원천 기술 및 축적된 노하우의 부족 - 바이오매스 가스의 경우 기존 가스연료에 비해 경제성이 취 약함(천연가스의 경우 셰일가스의 출현으로 가격이 안정됨) - 합성가스 터빈이나 엔진사용경험 부족 위협요인(Threat) - 국제 환경시장의 경쟁 심화 - 선진국의 기술 우위 선점과 지속적인 기술개발 - 가스화 기술의 상용화에 장기간 소요 - 상용화단계까지의 개발 비용 조달 - 바이오매스 에너지의 가치인정 감소 사회적 분위기(풍력, 태양전지 등으로의 연구비 편중) 다. 시장현황/전망분석 (가) 바이오가스 부문 유기성 폐기물을 활용한 바이오가스 생산(매립지가스(LFG) 포함)은 최근 유기성 폐기 물의 매립 및 해양 배출 규제, 기후변화 협약, 에너지 위기 문제와 맞물려 관심이 급등 유기성 폐기물을 소화하여 바이오가스를 생산하는 공정은 악취문제의 효율적 대처, 메 탄(CH 4, CO 2 의 21배에 해당하는 온실가스)의 대기방출 억제에 따른 기후변화 협약 대 응, 재생가능 에너지 생산, 소화 잔재물의 자원 활용 등의 장점을 가지고 있음. 그럼에도 불구하고 국내에서는 다음의 이유로 유기성 폐기물 이용 바이오가스 생산이 용이 활성화 되지 않고 있음. - 유기성 폐기물 수집처리 체계미흡 음식쓰레기 퇴비화(93%), 음폐수 퇴비화(60%), 해양투기(40%) 일반화 축산분뇨 퇴비화 (83.3%) 일반화 하수슬러지 해양배출(71%) 일반화 - 혐기소화 공정 기술력 부족 높은 설치 및 운영비용과 운영관리 미숙 소화액 및 잔재물(소화퇴비)의 부적절한 처리 혹은 정화 비용 부담 바이오가스의 비효율적 이용 (발전 및 도시가스화 체계 미흡) - 바이오가스 생산 이용의 정책 지원 체계 미흡 환경편익(수질 해양오염, 온실가스 저감, 청정에너지 공급)을 고려한 공세적 정 책의 미흡 정부 관리부처의 분산 바이오가스 시장창출 및 산업육성 정책 미성숙 - 51 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오가스 우리나라 유기성 폐기물의 바이오가스화 산업 시장은 우리나라 유기성 폐기물 가용량 을 처리하기 위한 시설사업, 운영관리 사업 및 바이오가스 판매사업 시장을 포괄한 것 으로 보기도 함. 2010년에서 2020년에 이르는 10여년간 현재의 가용량이 모두 관련 시설로 처리 된다고 보면 년평균 약 4,400억원의 시장이 형성되리라 예측됨. 자료: 신재생에너지 RD&D 2030, 전문가 설문조사 (2008) [바이오가스 산업 시장 전망(LFG, 하수처리장 바이오가스 포함)] 바이오가스 산업 시장은 설비 시공 건설 사업 시장, 운영관리 사업 시장(반입비 불포 함), 바이오가스 등 생산물 판매 시장으로 형성될 것으로 예측 2010년 상기 3개 시장 합계는 3,500억원 정도로 추정되었고 2020년에는 약 7,000억원/ 년의 시장이 형성될 것으로 추정되었음. 동기간 년평균 시장합계는 4,400억원/년임 (나) 바이오매스 가스화 부문 상위 시장인 폐기물 에너지화 시장 보고서를 바탕으로 바이오매스 가스화 전체 시장을 추정 하고자 함. Global Waste to Energy Technologies Market 보고서에 따르면 폐기 물 에너지화 시장은 물리적 기술시장, 열을 이용한 기술시장, 생물학적 기술 시장으로 구분 됨. 열을 이용한 폐기물 에너지화 시장은 2011년 161억 2400만달러 규모로 전체 폐기물 에 너지화 시장의 약 70%를 차지하는 것으로 나타났고, 연평균 성장률이 4.3%인 것으로 파악 됨. - 52 -

전략제품 물리적 기술과 생물학적 기술을 이용한 폐기물 에너지화 시장은 2014년 약 50억달러 시장 규모로 예상되며 열을 이용한 폐기물 시장과 비교해 두 시장 모두 1/5 시장규모 로 파악 되나 연평균 성장률은 열을 이용한 폐기물 에너지 시장 보다 약 2배 정도 높 은 것으로 판단됨. (단위: 백만달러) 자료: Markets and Markets 2010.09, Global Waste to Energy Technologies Market [폐기물 에너지화 시장 전망] 바이오매스의 가스화 및 후처리 공정에서는 바이오매스 특유의 응축성 유기물(타르)의 제거와 이의 개질을 통한 가스화 수율 향상이 기술 개발의 초점이 되면서 이를 위한 촉매연구가 매우 활발함. - 중국, 스웨덴, 이탈리아 등에서 바이오가스화에 의한 열병합 발전이 시도되고 있음 국내의 바이오매스 자원량은 지속적으로 증가하고 있으며 바이오매스 자원의 특성을 고려한 전처리 공정, 가스화기 설계 기술 개발을 통한 시장진입과 성장 원동력을 확보 할 필요가 있음. 세계 폐자원 바이오매스 에너지 시장은 폐기물 발생량 중 에너지화 가능량을 증가시 키는 것이 핵심이며 이는 석유수입대체효과로 경제성을 평가 할 수 있음. 고함수율 유 기성 폐기물은 석유수입대체효과가 연간 2550만배럴, 목질계 자원은 1,368만배럴에 달 하는 것으로 파악됨. - 53 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오가스 자료 : 신재생에너지 기술전략지도, 2009 [바이오매스 에너지 자원량] 국내 고형 바이오연료 시장은 2012년부터 RPS(발전 부문에서의 신재생에너지 의무 사용)가 시행됨에 따라 발전소 중심으로 목질 펠릿 및 우드칩 수요가 혼소용으로 가파 르게 증가하고 있음. 산림청은 2020년 기준 고형 바이오연료(목질 펠릿) 500만톤 보급 목표를 제시한 바 있으며 이에 따른 시장 규모는 약 1조 2천억원에 달할 것임. 바이오 매스를 이용한 가스화는 열병합발전 방식으로 발전용량기준 500kWe~1MWe 규모에서 개발되고 있으며, RHO 시행에 따라 증가할 것으로 보임. 구분 [바이오가스/ 바이오매스합성가스 시장 현황 및 전망] 년도 시장규모 2013 2014 2015 2016 2017 (단위: 억원) 성장률(%) (2013~2017) 바이오매스 고형연료 32,400 38,800 46,500 51,000 59,000 12 세계시장 바이오가스 109,000 132,000 159,000 186,000 210,000 14 합계 141,400 170,800 205,500 237,000 269,000 바이오매스 고형연료 1,600 1,840 2,100 2,400 2,700 15 국내시장 바이오가스 600 620 640 670 700 3.4 합계 2,200 2,460 2,740 3,070 3,400 자료: 바이오가스, 고형 바이오연료 시장: 바이오 폐기물 발전전략보고서 (2012) - 54 -

전략제품 공급망 단계 [공급망 분석 종합] 바이오가스/바이오매스 합성가스 주요내용 바이오가스 바이오매스 합성가스 주요 제품/기술 해외 기업 연료전처리, 메탄화 반응기, 가스정제장치, 탈수장치, 협기 페수처리장치, 가스엔진, 연료전지등 바이오가스 에너지화 장치, 다양한 연료를 이용하는 바이오가스 제조장치등 Dranco, Wabio, Varlorga, Jysk biogas, Paques, BTA, Kompogas, Kruger A/S 바이오매스 수거, 파쇄, 건조등 전처리 장치, 가스화기, 분진 및 타르제거장치, 회재 회수장치, 가스엔진 및 연료전지등 에너지 발생장치, 배기가스 처리장치등 Repotec, AHT, Ankur, GIEC, NOVO, Nexterra 등 한솔이엠이, (주)대우건설, 한라건설, 포스코건설, 국내 기업 태영 포스코건설, 효성, 환경관리공단 (주)지앤지인텍, (주)유니슨, (주)DHM, 이지바이오 삼양에코너지(주), 대원GSI, (주)신텍 등 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 바이오가스의 경우 대기업, 중소기업이 연구 개발 및 시장 진출을 위해 오랫동안 노력 해 오고 있으며, 바이오매스 합성가스의 경우에는 최근 가스화를 통한 가스엔진 발전 에 대한 기술완성도가 향상되는 단계에 있음. 바이오가스의 경우에는 연료의 다양화, 공정의 장기적인 신뢰성 확보가 관건이며, 바이오매스 합성가스의 경우에는 바이오매 스 수요 급증에 따라, 연료확보 전략이 국가 및 기업차원에서 마련되어야 할 시점임. 3. 기업니즈조사 바이오가스/ 바이오매스 합성가스에 종사하는 중소기업의 제품개발 현황을 조사한 결 과, 구체적으로 다음과 같은 다양한 제품을 개발, 판매하고 있음. - 바이오가스 제조장치, 바이오가스 불순물제거 및 정제장치, 바이오가스 저장장치 및 보관 용기, 연료전지 연계 기술, 유기성 폐수의 고효율 메탄가스화 기술, 바이오매스(조류, 폐음 식물, 축분 외) 가스화 기술, 가스엔진, 가스발전기, 소형무소음발전기, 수소가스정제기. 또한 바이오가스/바이오매스 합성가스와 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진하고 있음. - 바이오가스 대량 제조능력(100~500 cm3/hr), 바이오가스 불순물제거 및 정제(가스 순 도 : 99% 이상), 바이오가스 저장능력(300,000~1,000,000 cm3/hr), 연료전지 연계용 합 성가스 제조 장치 개발, 저온활성화 재생가능한 메탄개질기 개발. 바이오가스/바이오매스 합성가스 분야의 중소기업들은 향후 다음과 같은 제품 개발 계 획을 가지고 있음. - 바이오가스 압축기, 수소가스정제기, 기체분리막을 이용한 매립가스 분리/정제 기술 - 55 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오가스 또한 바이오가스/바이오매스 합성가스와과 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진할 계획임. - 합성가스 조성 조절용 반응기 개발, 기체분리막을 이용한 매립가스 분리/정제 기술, 저온활성화 재생가능한 메탄개질기 개발. 4. 요소기술 후보군 [요소기술 후보군] 구성요소 요소기술 출처 전처리설비 가스화설비 정제설비 기타 해조류(모자반 등) 활용 기술 전문가 바이오 연료의 전처리 기술 특허 유기성 폐수의 메탄가스화 기술 특허, 니즈 혐기성 소화 습식공정 특허, 니즈 혐기성 소화 건식공정 특허, 니즈 매립지 가스의 에너지화 기술 (CNG, LNG, 도시가스화) 니즈, 전문가 바이오매스 가스화 기술 (조류, 폐음식물, 축분 제외) 특허, 니즈 가스화기 설계 및 운전 기술 특허 촉매 가스화 기술 특허 가스정제 및 탈황 기술 특허, 니즈, 전문가 바이오 수소 생산 기술 특허 합성가스 중 타르제거 기술 니즈 바이오가스 수율향상기술 전문가 바이오매스 가스 열병합 발전 기술(가스엔진) 특허, 전문가 연료전지연계기술 특허, 전문가 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장, 무역현황, 기 술동향을 고려하여, 전문가의 합의로 요소기술을 조정함. 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함. 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 무역 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵 심요소기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(15), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술경쟁력(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 무역현황(5), - 56 -

전략제품 시장 성장성(5)으로, 중소기업성은 공급망분석(5) 및 관련 기업의 현황이나, 니즈(5)를 고려하여 평가 - 매립지 가스에너지화, 혐기소화공정, 바이오매스 가스화 분야는 폐기물 배출 규제정책 및 에너지화 관점에서 볼 때, 시장성이 확대될 것으로 예상되며 현재까지 기술개발이 부분적으로 이루어진 분야임. 에너지화를 위해서는 생산된 가스의 정제기술과 에너지 를 생산하는 열병합발전 기술 등이 병행하는 기술개발이 필요함. - 해조류 활용기술, 촉매가스화기술 등 많은 개발기간이 필요한 생산 기술이나, 바이오수 소, 화학물질전환, 연료전지연계기술등과 같은 고부가화 기술은 투자비 규모면에서 중소 기업이 수행하기 위한 기술로는 우선순위 측면에서 다소 시간이 필요할 것으로 사료됨. [핵심요소기술 선정결과] 구성요소 요소기술 출처 전처리설비 바이오연료의 전처리기술 특허 매립지 가스의 에너지화 기술(CNG, LNG,도시가스화) 니즈, 전문가 가스화설비 유기성 폐수의 메탄가스화 기술 특허, 니즈 바이오매스 가스화 기술(조류, 폐음식물, 축분 제외) 특허, 니즈 정제설비 바이오 가스정제 및 탈황 기술 특허, 니즈, 전문가 에너지화설비 바이오매스 가스 열병합 발전 기술 특허, 전문가 6. 로드맵 작성 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 구성 요소 전처리 설비 가스화 설비 정제 설비 에너지화 설비 핵심요소기술 바이오연료의 전처리기술 매립지 가스의 에너지화 기술 (CNG, LNG, 도시가스화) 유기성 폐수의 고효율 메탄가스화 기술 바이오매스 가스화 기술 (조류,폐음식물,축분 제외) 가스정제 및 탈황기술 바이오매스 가스 열병합 발전 기술 기술요구사항 파쇄,건조,선 별, 반탄화 포집,정제,공 급기술 가스화 효율 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 설계 제작 실증 함수율 17%이하 설계 제작 실증 50% 60% 70% 냉가스 효율 60% 63% 65% 메탄가스 농도 열/전기회수 효율 CH4 50% 이상 CH4 80% 이상 CH4 98% 이상 65% 70% 75% CO2+O2+N2, 3.5%이하 가스화 효율 70% 이상 냉가스 효율 65% 이상 탈황, 메탄가스농도 98% 이상 (도시가스급) 가스엔진, ORC등을 이용한 복합에너지 회수 효율 75% 이상 * ORC : Organic Rankine Cycle - 57 -

에너지자원활용 - 바이오매스 - 바이오가스 나. 로드맵 기획 - 58 -

폐기물에너지 전략분야 현황분석

전략분야 폐기물 에너지 1. 개요 가. 정의 및 범위 - 정의 : 폐기물 에너지는 ➀ 각종 사업장 및 생활시설의 폐기물을 변환시켜 얻어지는 기체, 액체 또는 고체의 연료, ➁ 제1호의 연료를 연소 또는 변환시켜 얻어지는 에너지, ➂ 폐기물의 소각열을 변환시킨 에너 지 로 정의함. (신에너지 및 재생에너지 개발 이용 보급 촉진법 시행령 [별표 1] : 2010년 9월 17일) - 범위 : 에너지 함량이 높은 가연성 폐기물을 산업생산 활동이나 가정 생활에 필요한 에너지로 활용하는 폐기 물 에너지는 크게 폐기물 고형연료, 고분자 폐기물의 열분해 연료유, 가연성 폐기물의 가스화 연료, 소각열 등으로 구분할 수 있음. [폐기물 에너지의 개념] 폐기물 에너지는 사업장 또는 가정에서 발생되는 가연성 폐기물을 가공ㆍ처리하여 얻 어지는 고체 액체 기체 형태의 연료와 이를 연소 또는 변환시켜서 발생되는 열, 온 수, 증기, 전기 등과 같은 에너지를 의미함. - 61 -

에너지자원활용 - 폐기물에너지 폐기물 에너지는 신에너지 및 재생에너지 개발 이용 보급 촉진법 (2013년 3월 23일 시행 : 법률 11690호) 의 제2조에 명시된 11 개의 신 재생에너지 분야에 포함됨. 산업기술 분류로 (에너지 자원/신재생에너지/폐기물)에 해당되는 폐기물 에너지는 가 연성 폐기물의 청정 처리 및 자원 재활용 효과가 우수한 기술로서 단기간 내에 상용화 가 가능한 유망한 신 재생에너지 분야로 평가되고 있음. 폐기물 에너지 분야의 대표적인 기술은 크게 고형연료, 열분해 유화, 가스화(열분해, 혐 기성 소화), 소각열 회수 이용의 4가지로 구분할 수 있음. 폐기물 고형연료는 가연성 고체폐기물로부터 수분과 불연성 성분들을 제거하고 분쇄, 분리, 선별, 공급, 건조, 성형 등의 가공 공정을 통하여 고체연료로 전환시켜서 산업용/ 발전용 연료로 활용하는 것으로서 1 폐기물 분쇄/공급 기술, 2 폐기물 탈수 건조 기 술, 3 폐기물 성형 기술, 4 고형연료 연소 기술, 5 고형연료 혼소 기술 등의 세부기 술로 분류됨. 열분해 유화는 무산소 조건하에서 외부에서 열을 가하여 고분자를 구성하는 탄소 사슬 을 끊어서 저분자로 만드는 열분해 과정을 통하여 액체연료로 변환시켜서 주로 산업용 석유 대체연료로 활용하는 것으로서 1 PVC 처리 기술, 2 열분해 유화 반응기 기술, 3 코킹 방지 기술, 4 열분해 촉매 기술, 5 연료유 제품 정제 기술 등으로 분류됨. 열분해 가스화는 탄화수소로 구성된 폐기물을 부분산화 및 수증기 반응에 의해 CO, H 2 및 CH 4 등으로 구성되는 혼합가스 형태로 전환하여 화학원료 합성, 전력 및 증기 생산 등에 활용하는 것으로서 1 폐기물 가스화 기술, 2 합성가스 정제 기술, 3 가스 화 복합발전 기술, 4 합성가스 이용 기술, 5 잔류물 용융 기술 등으로 분류됨. 혐기성 가스화는 유기성 폐기물을 대상으로 산소 부재 상태에서 미생물을 이용하여 가수분해 산 생성 메탄 생성의 단계를 거쳐서 주로 메탄과 이산화탄소의 혼합 형태인 기체를 생산하고 이를 기체연료로 사용하는 기술임. 소각열 회수 이용은 가연성 폐기물을 소각로에서 소각처분할 때 발생하는 연소열을 이 용하여 증기 또는 냉 온수, 전기와 같이 이용 가능한 에너지로 회수하여 활용하는 것 으로서 1 폐기물 연소 기술, 2 폐기물 혼소 기술, 3 열병합 발전 기술, 4 소각폐열 발전 기술, 5 소각폐열 회수 기술 등의 세부기술로 분류됨. - 62 -