위기에 빠진 석유업계, 극복할 방안은?

대학생신재생에너지기자단 18기 이지수 19기 문서영

서론

친환경이 세계적 트렌드가 되면서, 국내외 석유 수요가 급감하고 관련 규제가 고도화 되고 있다. 설상가상으로 유가 폭락 사태까지 겹치며 석유업계는 큰 위기에 직면했다. 석유업계는 이러한 시대의 흐름에 따라 신사업 발굴을 통해 위기를 타개하기 위한 기반을 마련하고 있다. 이와 관련되어 언급되는 친환경 플라스틱 문제의 현상황에 대해 알아본다.

 

석유를 활용하는 산업군

 

석유를 활용한 산업군으로 석유산업과 석유화학산업으로 나눌 수 있다. 우선 석유산업은 원유의 탐사, 채굴, 수송, 정제, 판매를 하는 산업이다. 석유제품으로는 주로 연료 및 윤활유로 사용되는 물질들이 있으며 내연 기관의 발달에 따라 가장 뛰어난 동력원을 공급하는 산업으로 급속히 발전해왔다.

한편 석유화학산업은 석유제품 또는 천연가스를 원료로 화학적 공정을 거쳐 물질을 생산하는 산업이다. 국내에서는 주로 납사를 분해설비에 투입하여 에틸렌, 프로필렌 등을 생산한다.

원유 또는 석유제품을 가공하기 위해 원료에 열을 가하면 분해되는 과정에서 부생가스가 나온다. 이때 이산화탄소가 다량 발생하게 되는 것이다.

 

[자료 1. 석유 활용 산업군 모식도]

출처: 한국석유화학협회

 

석유제품 취급업계의 전환

석유업계에서는 다양한 전환을 맞이하며 석유연료와 윤활유에서 수소 연료, 석유대체연료의 개발에 열을 올리고 있다.

[자료 2. 현대중공업 그룹 수소 밸류체인 모식도]

 출처: 매일경제

현대중공업 그룹은 그룹사 밸류체인을 통해 수소에너지 활성화를 위한 '수소 드림(Dream) 2030 로드맵'을 발표했다. 현대중공업그룹이 제시한 수소 밸류 체인은 크게 △해상발전 △수소 생산 인프라 △해상운송 △저장 △활용 등5단계로 나뉜다. 한국조선해양은 가장 중요한 생산과 공급, 운송 등에서 주도적인 역할을 수행한다. 해상 플랜트 발전과 수전해(전기로 물을 분해해 수소 생산) 기술을 활용한'그린수소(온실가스 배출이 없는 수소)' 개발을 추진하며 수소의 안정적인 공급을 위해 수소운반선 개발에도 속도를 낼 방침이다. 이와 함께 수소 연료전지와 수소 연료공급시스템 기술을 적용한 수소 연료전지 추진선 개발도 진행하기로 했다.

이 과정에서 현대오일뱅크와 함께 수소 생산 인프라도 구축할 계획이다. 한국조선해양이 그린수소 플랜트 사업을 맡고 현대오일뱅크가 '블루수소(온실가스 배출을 줄인 수소)' 사업을 담당한다. 현대오일뱅크는 생산된 블루수소를 탈황 설비에 활용하거나 차량·발전용 연료로 판매한다는 구상이다. 이를 위해 2030년까지 전국에 180여 개 수소충전소를 구축하기로 했다. 다른 계열사인 현대일렉트릭과 현대건설기계도 수소 연료전지를 활용한 발전사업과 건설기계 장비 사업을 추진한다.

GS칼텍스는 한국가스공사와 액화수소 생산 및 공급 사업을 개시한다. 양사는 업무협약을 통해 △액화수소 플랜트 구축 △액화수소 충전소 구축 △수소 추출설비 구축 △탄소 포집·활용(CCU) 기술 실증 및 상용화 등 액화수소사업 밸류체인 전반을 협업한다.

또한 GS칼텍스 ‘에너지 플러스’ 브랜드를 런칭하며 기존의 주유, 세차 역할에서 벗어난 미래형 주유소를 선보였다. 친환경 에너지 충전과 공유 모빌리티를 이룰 수 있는 공간으로 전기차와 수소차 충전은 물론 카셰어링, C2C 택배서비스 등을 융합하여 다양한 서비스를 제공하는 공간으로 확장하는 시도를 하고 있다.

 

[자료 3. 미래형 주유소 개념도]

출처:에너지신문

 

 

이에 더해 기존 내연기관차에 적용하면서도 오염물질 배출을 줄일 수 있는 석유대체연료 개발도 진행되고 있다. 석유대체연료란 석유제품 연소 설비의 근본적인 구조 변경 없이 석유제품을 대체하여 사용할 수 있는 연료이다. 산업부는 올해 4월 산·학·연 e-fuel 연구회를 발족하고 기술 확보 방안 논의에 들어갔다. e-fuel은 재생에너지로 만든 수소와 포집한 CO2를 합성한 연료로, e-에탄올·가솔린·디젤·암모니아 등 다양한 연료의 통칭이다.

또한 경유를 대체할 친환경 연료로 주목받고 있는 바이오 디젤은 식물성 기름이나 동물성 지방을 원료로 하여 만든 바이오 연료이다. 정부는 2006년부터 자동차용 경유에 바이오디젤 혼합을 의무화하고 있다. 식물성 기름은 차량 연료로 사용하기에 충분한 열량을 가지고 있지만 고분자 물질이어서 점도가 너무 높아 차량의 디젤 엔진에 직접 적용하는 것이 어렵다는 단점에 따라 최근에는 곤충이나 미생물을 바이오디젤에 활용하는 연구 개발이 진행되고 있다.

 

 

석유화학 – 친환경 플라스틱

 

본래 플라스틱으로 인한 환경오염은 많이 언급되던 문제였으나 코로나 19 사태 이후, 비대면이 일상화가 되면서 배달 용기나 일회용품 사용량이 급증하여 쓰레기 문제가 심각해졌다. 이 때문에 소비자들은 일회용품, 플라스틱 사용을 줄여야 한다는 의식을 많이 하게 되었다. 이런 소비자들의 인식에 따라 기업들 역시 친환경 플라스틱 제품에 대한 관심이 높아졌다.

친환경 플라스틱, 환경오염을 야기시키지 않는 플라스틱으로 생분해성 플라스틱이 많이 사용되고 있다. 생분해성 플라스틱은 일반 플라스틱과 달리 소각을 하지 않고 단순히 매립했을 때 토양의 미생물의 작용에 의해서 몇 개월 내로 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전히 분해되어 환경에 남지 않아 해양 오염, 해양 생물들에게 유해한 영향을 미치지 않는 플라스틱이다. 바이오 플라스틱이라고 알려지기도 했는데 이는 재생가능한 원료로 제조하는 모든 플라스틱을 뜻하고 짧은 기간 내에 미생물로 완전히 분해되는 생분해를 포함하는 상위 개념이기에 약간 다른 의미라고 볼 수 있다. 플라스틱 제품이 폐기된 이후에 미생물이 배출하는 분해효소에 의해서 자연 분해되는데 미생물의 체내에 있는 폴리에스터를 이용하여 만들었기 때문에 토양 중의 세균에 의해 분해되고 생체에 쉽게 융합하는 특징이 있어서 수술할 때나 골절이 되었을 때 고정제로도 이용된다.

[자료 4. 바이오 플라스틱의 생분해]

출처 : 두산백과

[자료 5. 사용원료에 따른 플라스틱 분류]

출처 : 한국산업기술평가관리원

 

바이오 플라스틱 종류로는 100% 자연에서 분해되는 생분해성 플라스틱(PLA 등), 기존 플라스틱에 생분해되는 물질을 첨가하여 만들어진 산화 생분해 플라스틱(PBAT 등), 기존 플라스틱에 바이오매스(식물, 유기 폐자원 원료)를 첨가해서 만든 바이오 베이스 플라스틱(바이오 PE 등)으로 나눌 수 있다. 산화 생분해 플라스틱과 바이오 베이스 플라스틱은 석유 유래 원료를 합성하여 실제로 생분해될 때 속도는 생분해성 플라스틱보다 훨씬 느리다.

PLA는 사탕수수, 옥수수 전분에서 추출한 원료로 만든 친환경 수지이다. 일반 플라스틱은 열을 가하면 환경호르몬이 나오는데 PLA는 뜨거운 음식을 담아도 환경호르몬과 중금속 같은 유해물질이 검출되지 않으며 폐기하면 100% 생분해되는 재질이다. 하지만 수분과 기온이 일정 조건 이상이어야 분해되므로 이를 어느 토양에 매립하느냐가 중요하게 작용한다. (각 70%, 58℃ 이상)

PBAT는 석유를 기반으로 하는 생분해성 플라스틱으로 자연에서 산소, 빛, 효소 반응에 의해서 반년 이내에 분해되고 유연성이 좋아 그렇지 못한 PLA와 섞어 가공하기도 하여 활용성이 좋다.

바이오 베이스 플라스틱에 속하는 바이오 PE(폴리에틸렌),PE(폴리에틸렌 바이오PP(폴리프로필렌) 등은 식물성, 생분해, 석유화학에서 나온 물질의 바이오매스를 사용해서 제조한다. 생분해 속도가 다른 바이오 플라스틱보다 매우 느리지만 이 덕분에 유통기한이 길고 강도와 탄소저감 효과가 좋기 때문에 가장 많이 개발된 분야이다.

 

결론 및 전망

[자료 6. 세계 바이오 플라스틱 시장 전망]

(단위 : 10억$)

출처 : Allied Market Research

 

세계적으로 바이오 플라스틱 시장의 규모는 20억 달러로 추산되며, 2027년까지 42억 달러로 성장할 전망이다. 바이오 플라스틱 시장이 차후 발전할 수 있도록 결정짓는 주요 요소는 바로 소비자들이 환경보호에 대해 얼마나 의식적인 구매 활동을 하는지에 따라 좌우된다고 볼 수 있다. 세계 주요 국가의 정부들은 화석 연료 기반의 일회용 플라스틱을 사용하는 것에 대해 국가적 차원에서 제한하고 친환경 경제 지원 프로그램들을 통해 바이오 플라스틱 사용을 확대하는 방향으로 지원 중이다.

하지만 사실 위에서도 언급했듯 바이오 플라스틱이라고 하더라도 그냥 폐기 처분하기만 하면 다 생분해되는 것이 아니다. 온도나 습도 등 어느 정도 조건이 맞아야 생분해가 진행되는데 이 조건을 맞추기 쉽지 않아 생분해 플라스틱이라 하더라도 썩지 않아 그 의미가 퇴색되는 경우가 많다. 바이오 플라스틱 중에서도 원료가 다 다르고 분해되는 조건도 다르기에 다 똑같이 폐기하지 말고 보다 세밀하게 플라스틱 종류별로 폐기할 수 있는 인프라를 설치하고 분리하는 방법을 미리 소비자에게 인식시켜서 효율적으로 운용될 수 있도록 해야 한다.

바이오 플라스틱이라고 안심하여 마구 사용하지 말고 다회용기를 사용하거나 과도한 포장재를 사용하지 않는 등 근본적으로 플라스틱 사용 감축을 지향해야 한다. 산업적인 전환이나 생활 방식의 변화 없이 생분해가 플라스틱 문제 해결 제일 우선시 되는 상황을 경계해야 한다.

 

참고문헌

 

1) 두산백과, 바이오 디젤, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1234907&cid=40942&categoryId=32404

2) 두산백과, 바이오 플라스틱, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1097804&cid=40942&categoryId=32315

3) 두산백과, ‘석유산업’ , https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1111617&cid=40942&categoryId=31898

4) 「석유 및 석유대체연료 사업법」, 법률(제17532호), 2021년4월21일 시행

5) 성재용, ‘'친환경'에 꽂힌 정유업계, '수소' 사업 선점 경쟁’, 뉴데일리경제, 2021.06.07, https://biz.newdaily.co.kr/site/data/html/2021/06/07/2021060700004.html

6) 양진영, '산업부, 2050 탄소중립 이룰 기술 혁신 기술 모색한다', 전기신문, 2021.10.12, http://m.electimes.com/article.php?aid=1634018261223629010

7)유영선, 황성연, 오동엽, 박제영, 융합연구정책센터, ‘국내외 바이오 플라스틱 종류, 최신동향 및 제품적용 현황, 바이오 플라스틱의 기술 개발 현황 및 전망’, https://crpc.kist.re.kr/user/nd49151.do?View&boardNo=00006957, 2019.12.23.

8) 정종훈, 강찬수, 편광현, 백희연, 중앙일보, '친환경 대안' '또다른 쓰레기' 어디에 가까울까…생분해 플라스틱의 진실, https://www.joongang.co.kr/article/25006774#home, 2021.09.13.

9) 조대인, 'GS칼텍스·가스公, ‘액화수소 생산·공급 사업’ 업무협약', 투데이에너지, 2021.05.28, http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=236741

10) 조준혁, '경유도 친환경으로… 바이오디젤 혼합의무비율3.5%로 상향', 더나은미래, 2021.06.23, https://futurechosun.com/archives/56619

11) 최진형, KOTRA 해외시장뉴스, ‘러시아의 2021년 바이오플라스틱 시장 현황’, https://news.kotra.or.kr/user/globalBbs/kotranews/782/globalBbsDataView.do?setIdx=243&dataIdx=191188, 2021.11.04.

12) 화학테크사전, PBAT, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6508031&cid=63839&categoryId=63839

13) 화학테크사전, 생분해성 신소재, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6225103&cid=63839&categoryId=63839

14) 정종훈, 강찬수, 편광현, 백희연, 중앙일보, '친환경 대안' '또다른 쓰레기' 어디에 가까울까…생분해 플라스틱의 진실, https://www.joongang.co.kr/article/25006774#home, 2021.09.13.