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해외가스전 DME플랜트 건설…연 2조원 수출 기대

DME-LPG 혼합실증설비 지난해 9월 구축, 시험완료

오만 국영가스전 활용…2013년 DME플랜트 생산 추진

본격적인 DME 시장은 100만톤 도입되는 2013년경

DME연료 연간 1천만톤 활용시 석유의존도 5% 낮춰







DME는 상온ㆍ상압에서 무색의 기체 상태지만 LPG(액화석유가스)와 마찬가지로 6기압ㆍ상온 또는 상압ㆍ영하 25도에서 액화된다. 증기압도 프로판ㆍ부탄 가스의 중간 정도여서 LPG와 혼합해 취사용 연료나 LPG차 연료로 쓸 수 있다.

특히 가격이 LPG보다 20~30% 저렴하고 이산화탄소 배출량도 적다. 취사용 LPG에 20%, LPG차 연료에 5% 정도를 혼합해도 LPG 충전소 등 기존 인프라나 조리기구ㆍ차량부품을 개조할 필요가 없는 것도 장점이다.


또한 DME는 세탄가가 경유와 비슷해 디젤차의 상당 부분이 DME차로 대체될 것으로 예상된다. DME만을 연료로 쓰는 DME차는 디젤차에 비해 이산화탄소 배출량은 약 8%, 질소ㆍ황 산화물과 미탄화수소는 절반 이상 줄고 분진은 전혀 배출하지 않는다.

이같은 장점 때문에 일본은 다양한 디젤 트럭을 DME차로 개조, 실증실험을 마치고 시범보급에 들어갈 예정이다. 이러한 DME에 대해 국내외 기술개발 및 추진현황을 좀더 자세히 소개하고자 한다.


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▲ 한국가스공사 인천기지 내에서 가동 중인 일일 10톤 DME 생산 데모 플랜트.



한국의 DME 활용 추진현황

우리나라는 한국가스공사에서 일일 10톤 DME 생산 Demo 플랜트를 인천 LNG기지 부근에 완공하여 2008년부터 시험생산 및 최적화 운전을 하고 2009년 현재 완료한 상태로 국산화된 DME 플랜트 기술과 운영 경험으로 해외 가스전 진출을 마련하였다.

더불어 운전·생산하여 나온 DME 연료는 LPG 혼합연료로서 사용할 수 있는 가정용·상업용 설비와 수송용 설비의 실증시험 연료로 활용되었으며, DME-LPG 연료의 혼합실증설비는 2009년 9월말 구축하여 시험을 완료하였다.

본 연구를 통해 DME-LPG 혼합설비 구축은 물론 LPG 인프라를 그대로 이용하여 가정용과 수송용의 DME-LPG 혼합비율, 수송용의 혼합비율과 실증시험, 관련 법규 및 제도를 마련하였다. 특히 DME-LPG 가정용·상업용 연소기기 설비, DME-LPG 차량 및 충전소 안전에 관한 시험으로부터 LPG 인프라를 그대로 이용할 수 있는 혼합비율이 DME 20%의 결과를 얻었으며, LPG 차량의 경우 DME 5% 혼합할 경우 무방한 것으로 나타났다.

이를 바탕으로 지식경제부는 2009년 11월 30일 혼합연료(DME 20%, LPG 80%)를 가정ㆍ상업용으로 시범 보급할 수 있도록 관련 특례고시를 제정한 바 있다. 시범보급사업을 통해 2011년말까지 시설 안전성과 편의성 등을 확인한 뒤 본격적으로 DME시대를 열 계획이다. 본격적인 DME 시장은 약 100만톤이 도입되는 2013년경 형성될 것으로 기대된다.


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▲ DME-LPG 연료의 혼합설비



이를 위해 가스공사는 사우디 주바일 지역에 DME 생산 플랜트를 건설하기 위한 양해각서(MOU)를 사우디 기업과 2009년 11월 1일 체결하였으며, 연간 30만t의 DME를 생산할 수 있는 규모로 6개월간 타당성 조사를 거쳐 한국 기업들과 컨소시엄을 구성해 DME 플랜트 건설에 착수할 계획이다. 가스공사는 2013년이면 플랜트 건설이 완료돼 DME 생산ㆍ판매가 가능할 것으로 내다봤다.

사우디 정부에서 천연가스를 공급받아 이번 플랜트에서 DME를 생산하는 형태다. 현재 국내에서 사용되는 LPG는 연간 약 160만t이고, 정부가 2013년부터 LPG와 DME를 8대2로 섞어서 상용화한다는 계획을 감안하면 연간 DME 30만t의 확보만으로도 국내 수요를 충족할 수 있을 것으로 보인다.

이번 플랜트 건설은 정부의 DME 상용화 계획과 발맞춰 진행된다. 가정ㆍ상업용 DME 뿐 아니라 디젤 대체 차량 등 활용도를 높이기 위해서는 DME 공급이 추가로 필요하다는 판단이다. 가스공사는 사우디 외에도 해외 가스전을 활용해 DME 플랜트 건설 계획을 추진 중이다.


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▲ 33인용 디젤버스를 DME 버스로 개조한 차량(2008년)



특히 오만 국영회사 가스전을 활용해 2013년부터 연간 약 30만톤을 생산하는 DME 플랜트도 현재 추진 중이다. 국내에서 가격이 저렴하고 상대적으로 청정한 DME가 상용화되면 국내 수요도 급증할 것으로 예상하여 수요 증가에 맞춰 DME 공급을 확보해 나갈 계획이라고 밝혔다.

한편, DME 이용기기 개발을 위해 한국에너지기술연구원에서 2005년부터 33인승용 배기량 8,071 cc 디젤버스를 DME 차량으로 개조 및 성능실험을 완료하였고, 2009년 현재 차량의 장기 주행시험 중에 있다. 또한 35kW 디젤 열병합발전기기를 DME 열병합발전 시스템으로 개조하여 2009년 9월 현재 성능시험을 완료한 결과 매우 청정한 배기가스 배출특성과 효율을 지닌 것으로 평가되어 장기성능시험을 진행 중에 있다.


DME연료 보급 기대효과

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DME 연료의 보급은 천연가스, CBM(Coal Ben Methane), 바이오-매스 등 다양한 에너지원으로부터 추출이 가능하므로 해외 원유의 의존도를 낮출 뿐 아니라 기존 에너지에 비해 질소산화물, 일산화탄소, 그리고 분진 등의 배출가스를 반 이하로 현저히 줄일 수 있어 환경공해의 저감에도 크게 기여하기 때문에 DME연료 보급의 의미가 매우 클 것으로 사료된다.  (그림 : ▲ 35kW DME 열병합발전시스템 )

경제적인 측면에서 해외가스전에 DME 플랜트 건설했을 때 연간 약 2~3조원 수출이 기대 (100만톤 규모 생산은 0.7~1조원 예상) 되며, DME 연료가 연간 1,000만톤을 활용할 때 석유 의존도를 5% 이상 낮출 수 있을 것으로 판단된다.


■ 해외 DME연료 활용 추진현황

중국, 일본, 터키, 베트남 LPG혼합연료 사용

일  본 - 가정용 및 상업용 실증시험 완료

중  국 - 2008년 기준 823만톤 생산능력

스웨덴 - 바이오+DME차량 실증시험 수행


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발전연료 적용분야에 있어서는 가스터빈 액체 DME 분사시스템 개발, 보일러 연료전환 엔지니어링 완료(Hitachi, IHI, MHI), 디젤엔진 열병합발전 개발(Yanmer 등)에 관한 개발이 완료단계에 있어 DME 연료 공급시 급속히 확산될 것으로 전망하고 있다.

특히 Yanmar 회사, JFE 회사, Iwatani 산업 주식회사 3사는 DME를 연료로 한 8.2kW 소형 디젤 열병합 설비의 실용화 시험을 2005년부터 2007년까지 2년 반에 걸쳐서 Think(Techno Hub Innovation Kawasaki)에서 실시하고 있다.


소형 디젤 열병합 설비는 열효율이 높은 디젤 기관에 의한 열병합발전 시스템으로 소규모 사업소나 공장에 설치되어 있다. 열병합 설비에 DME연료를 공급하여 약 5,000시간을 넘는 운전을 예정하고 있고 동시에 DME 디젤 엔진 및 시스템의 성능 평가나 각 부품의 내구성 조사가 실시하고 있다.

Yanmar사는 고효율이면서 내구성이 있는 코제너레이션 시스템을 개발·판매하고 있어 본 시험에 있어서도 최근 연구 개발로 축적된 DME 디젤 연소 기술을 전개한 열병합 패키지를 제공하고 있다.

JFE는 시험장소의 제공, 연료공급, Iwatani는 LP가스 공급으로 배양된 기술을 기본으로 DME의 향후 수요에 대응하는 공급 인프라를 개발하고 있으며, 질소 가압식 DME 스테이션과의 병설 시스템을 구축하면서 연료 첨가제(윤활성 향상제)를 공급하고 있다. Yanmar, JFE, Iwatani 등 3사는 본 시험을 통해 깨끗하고 고효율인 DME 소형 디젤 열병합 설비의 보급을 계획하고 있다.

중국은 2008년 베이징 올림픽을 계기로 30대 DME 시내버스와 1개의 충전소를 시범보급하였고, 2010년 상하이 엑스포 개최시기에 맞춰 DME 연료 버스의 대량 보급을 계획하고 있어 DME 연료 시장이 차량용으로 대폭적인 증가가 전망되고 있다.


스웨덴에서는 2001년부터 산업체들이 바이오매스로부터의 DME 생산기술개발에 대한 가능성과 기술을 실증하여 스웨덴이외의 유럽 국가들이 참가하는 “The Bio-DME project"가 진행되고 있으며, 이러한 사업을 통하여 디젤자동차용 대체연료로서의 DME에 대한 적용성을 성공적으로 수행하고 있다.

특히 스웨덴의 bio-DME banana 프로그램을 만들어 실증시험을 수행하고 있다. 즉 Goteborg의 볼보 본사(차량시험)에서 Varnamo의 바이오매스 연료를 생산 및 교육센터, Vaxjo의 바이오매스 가스화 대규모 생산지역, Morrum의 펄프 흑액 가스화 지역을 잇는 노선을 운행하면서 차량 실증시험이 계속되고 있다.

DME 연료로 사용하고 있는 나라는 가장 활발한 중국이외 다른 나라는 미미하고 인프라 구축과 사용법규를 제정하는 준비 단계에 있는 실정이다. 최근 일본, 터어키, 베트남이 LPG 혼합연료로서 사용하기 시작하였다. 베트남은 중국으로부터 약 5% DME를 혼합한 LPG를 월 1,500∼2,000톤 수입하여 사용되고 있고, 터어키는 TARKIM 회사에서 Methoxymethane이라는 이름으로 약 4.5만톤/년을 생산하여 추진제 이외 LPG 혼합연료로도 사용되고 있다.


그리고 일본은 FDME(Fuel DME Production Co. Ltd.) 회사에서 Mitsubishi Gas Chemical 회사의 니카타 공장 부지에 수입한 메탄올로부터 년 8만톤 DME 연료를 2008년 9월부터 생산하여 운영하기 시작하였다. FDME 회사는 Mitsubishi Gas Chemical, Itochu, Japan Petroleum Exploration Co. 등 9개의 일본회사들이 지분을 참여하여 만든 회사로서 여기서 만든 DME 연료는 메탄올의 탈수반응으로부터 99% DME 연료를 생산하여 DME 연료의 초기시장 개발을 목표로 하고 있다.

중국이 2003년부터 메탄올로부터 DME 연료를 생산하여 가정용 연료로 활용하고 있는 최초의 나라이다.


LPG 70∼80%에 DME 20∼30%를 혼합하여 가정연료로 사용하고 있으며, 가정용연료로 사용할 때 높은 효율, 저렴한 가격, 친환경적인 것으로 평가하고 있다. 중국에서 국가에너지 위원회에서 발표한 자료에 따르면, 2010년 DME 1,000만톤, 2020년 2,000만톤 보급을 목표로 하고 있고, 이는 중국 석유사용량의 약 10%로 DME 연료로 대체하기 위해 박차를 가하고 있다.

중국에서 생산하여 소비되는 DME 양은 2007년  220만톤 생산능력에 약 120만톤 판매를, 2008년은 823만톤 생산능력을 지니고 있다. 산둥 주타이화공(山東久泰化工, Jiutai Chemical)은 2003년 연산 2만톤 규모의 DME 생산을 시작으로 2006년 연간 15만톤 DME를, 네이멍구(內蒙古) 지역에 2007년부터 린이쓰(臨沂市)와 광쩌우쓰(廣州市)에 65만톤 DME 연료를 생산하여 판매하고 있다.

2009년까지 네이멍구(內蒙古) 지역에 연산 100만톤 규모의 2기 생산라인을 건설할 계획으로 현재 중국 국가발전위원회 승인을 기다리고 있다. 가정용 가스공급업체인 신아오가스(新奧燃氣, Xinaogas) 회사는 2005년말 1만톤 DME 연료를 생산하여 판매하고 있고, 네이멍구(內蒙古)지역에 연산 60만톤급 석탄기반을 기반으로 2009년말까지 Langfang, Bengbu, Yantai, Luoyang시에 40만톤 규모의 DME 연료 생산플랜트를 추가 건설하여 생산할 계획이다.

선화닝메이(神華寧煤, Shenhua Ningxia Coal Group, SNCG 이하)사는 지멘스 파워 제너레이션 그룹과의 석탄 기반의 DME 프로젝트를 위해서 계약을 체결해서 지멘트 PG사의 가스화 설비를 바탕으로 DME 생산 설비에서 매년 83만톤을 생산할 계획이다. SNCG사는 DME 프로젝트의 1단계로서 187만톤의 석탄을 사용하여 21만톤의 DME와 60만톤의 메탄올을 생산하되 향후 매년 83만톤의 DME로 생산·확대할 계획이다.

생산된 DME는 자동차의 연료와 석유 대체 물질로 이용될 것이다. 이외에도 중국 사천 루띵화(瀘天化, Lutianhua) 회사의 경우 천연가스를 원료로 DME를 제조하고 있으며, 지난 2003년부터 PG에 DME를 30% 가량 섞어 연간 12만톤 가량을 가정용 연료로 공급하고 있다.


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