E-Fuel은 정유산업의 패러다임을 바꿀 것인가?

이번 포스팅은 개별 종목 분석이 아닌 어쩌면 투자자 입장에서 더 중요한 현업자 입장에서 산업의 지도가 ESG 정책 기조하에 어떻게 변할까에 대한 고민 글입니다.

정유산업 자체가 크게보면 인류에게 필수재인 에너지쪽에 속하기 때문에 과거 전기차에서 패러다임이 바뀌어 산업의 지도도 바뀌고 관련 기업들이 크게 재평가를 받았습니다.

2010년대 초반부터 말로만 떠들던 ESG 정책으로 인한 실질적인 규제가 본격적으로 2030년부터 기업단에서 피부에 와닿게 규제가 들어가기 때문입니다.

Net Zero를 달성하기 위해 신재생에너지(풍력, 태양광)를 전세계적으로 엄청나게 설치하고 있습니다.
아마 신재생 에너지가 미래에 주 전력원이 되고 커질 산업이라는 것에 이견이 있는 분은 없을 것이라고 생각합니다.

하지만 자연에서 얻는 태양광, 풍력의 경우 어쩔수 없이 (인간은 자연을 컨트롤 할 수 없으므로) 필연적으로 간헐성이라는 것이 생기게 됩니다.

따라서 이 간헐성을 보정하기 위해 신재생에너지가 커질수록 Energy를 저장해두는 개념으로서 ESS가 함께 커질 수 밖에 없습니다.

ESS(Energy Storage System)은 쉽게 설명해서 에너지 스폰지 시스템이라고 이해하셔도 무방합니다. 잉여 전력을 보관이 용이한 에너지원으로 바꿔놓는 것이죠. 전기라는 것이 과잉공급되면 전력계통에 블랙아웃을 초래할 수 있기 때문입니다.

[단독]신재생에너지 과잉…"제주, 2030년 최대 179일 멈춰야" | 중앙일보 ‘탄소 없는 섬’을 추진하는 제주도가 2030년에는 오히려 신재생에너지 과잉 공급으로 신재생에너지 발전을 1년에 절반가량 멈춰야 한다는 분석이 나왔다. 제주도는 이미 신재생에너지 과잉 공급으로 지난해(408시간)와 올해(655시간) 상당 시간 발전을 멈춰야 했다. 양 의원은 "신재생에너지 과잉 공급으로 남은 전력을 처리할 방안을 찾지 못하면 제주도 자연경관까지 해치며 설치한 발전 설비를 1년에 절반 이상 방치하는 우스꽝스러운 상황이 계속될 것"이라고 했다. 중앙일보

결론적으로 신재생에너지가 많아질수록 그것을 전국에 뿌려주는 스마트 그리드, ESS 생태계는 함께 성장한다고 보시면 될 것 같습니다.

21년 기준 미국/유럽에서 태양광/풍력과 같은 에너지원의 출력이 억제된 양만 5 Twh를 넘는다고 알려졌습니다. 문제는 러-우 전쟁이 가속화를 시킨 신재생 설치량 증가로 인해 앞으로 더 많은 전기를 버려야 한다는 것입니다.

위 장표를 보면 스페인이 모범사례로 꼽힐 수 있는데 스페인은 송배전 등 그리드에 투자를 많이 해놨고 ESS를 잘 활용해 독일과 영국대비 출력을 제한하는 Capa가 적은것을 확인할 수 있습니다.

ESS는 크게 전기 배터리를 이용한 BESS와 수소를 이용한 HESS로 나눌 수 있었습니다만 최근 E-Fuel이라는 것이 재조명되면서 ESS의 한 축을 담당할 가능성이 매우 높아졌습니다.

EU, 2035년부터 내연기관차 판매 금지…합성연료 사용은 인정 [월간수소경제 박상우 기자] 유럽연합(EU)이 2035년부터 휘발유, 경유 등 화석연료를 사용하는 내연기관차의 판매를 금지하는 방안에 합의했다. 다만 막판 비토권을 행사한 독일의 요구를 반영해 이퓨얼(E-Fuel)를 사용하는 내연기관차는 계속 판매할 수 있도록 허용하기로 했다. EU 의장국을 맡은 스웨덴 대변인은 27일(현지시간) EU 주재 각국 대사들

E-fuel은 풍력이나 태양광과 같이 탄소배출이 Zero인 에너지원을 활용해 그린수소를 만들고 그것을 포집한 CO2와 합성해 만든 탄소 중립 연료입니다.

내연기관의 헤게모니를 쥐고 있는 EU와 일본이 강력하게 드라이브를 걸고 있는 정책입니다.

E-Fuel의 역사에 대해 간단하게 정리해보겠습니다.

1. 합성연료의 경우 역사가 오래 됨. 히틀러의 연료라고도 함.

 

2. 독일이 기름이 부족해서 석탄을 가스화시켜 F-T법을 이용해 액화시켜 연료로 만든, 즉 CTL(Coal to Liquid) 기술을 사용하여 합성연료를 만듬.

 

3. 합성연료로 세계대전때 독일군이 비행기에 쓰고 탱크에 썼으니 이미 보장이 된 연료임.

 

4. 이때 석탄을 열심히 수출했던 나라가 남아프리카 공화국임. 전쟁이 끝나고 남아프리카가 독일의 석탄 액화 공정 기술을 가져옴. (그리고 이 회사가 지금의 SASOL의 모태. South Africal Coal, Oil and Gas Corp.)

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5. 최근 전기차 시장이 개화되면서 수소 전기차 시장도 열리게 되고(수소를 직접쓰면 액화시켜 써야되기 때문에 저장에 비용이 많이 듬), 과거 수소를 합성연료를 만드는데 사용했던 것을 토대로 합성연료에 대한 고민이 시작됨.

출처: https://scienceon.kisti.re.kr/commons/util/originalView.do?cn=JAKO201535151757615&oCn=JAKO201535151757615&dbt=JAKO&journal=NJOU00422435 

F-T법이라고도 불리우는데 CO와 H2를 이용해 CnHn + H2O를 만드는 기술이라고 생각하면 됨.

우리가 쓰는 연료도 C와 H로 구성된 혼합물들이기 때문에 경제성을 버리면 뭐든 다 만들어 낼 순 있음.

 

6. 따라서 F-T법을 이용해 그린수소로 합성연료를 만들게되면 기존의 주유소 인프라를 그대로 쓸 수 있음. 내연기관도 마찬가지임. 특히 전기차 충전 인프라에 들어가는 비용을 아낄 수 있고, 인프라가 들어가기 어려운 신흥국에서도 문제없이 사용할 수 있음.

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7. 현재 칠레쪽에서도 풍력으로 전기를 만들고 수전해로 전기를 만든다음 이산화탄소를 포집해 그것으로 합성연료를 만들고 있음. 그리고 이것으로 내연기관을 돌리게되면 친환경 연료가 되는 것임.

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8. 효율 측면에서 보면 만들어진 전기를 배터리로 쓰는게 높음. 하지만 신재생 에너지 발전이 많아지면서 에너지 저장의 개념으로 전기배터리, 수소저장, 합성연료 3가지 축으로 확장되는 것임. 수소보다 저장이 훨씬 편하고 인프라도 이미 깔려있음. (수입 수출도 용이)

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9. 합성연료의 치명적인 단점은 연료가 연소되면서 질소산화물을 만듬 (NOx). 이산화탄소는 중립이지만 NOx는 배출이 되니 요소수를 더 쓰게 됨.

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10. 효율을 계산해보면 전기차가 훨씬 높음. 신재생 발전에서 나온 1차 생산물을 다른 2차 3차 생산물로 변형시킬 필요가 없기 때문. 2차는 수소(수전해), 3차는 합성연료.

하지만 전기의 Capa가 감당이 안됨. 우리나라처럼 신재생 발전의 입지가 불리한 나라에서는 특히나 전기가 계속 쇼티지가 날 수 밖에 없음. 합성연료는 수입해다가 쓰면 됨. 수소를 수입해서 합성해도 되고.

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11. 엑손모빌 같은 글로벌 오일 메이저도 여기에 관심이 많음. 중동같은 경우에도 풍력, 태양광 발전으로 수소를 만들어 합성연료를 만들면 자기들 기존 인프라를 쭉 이용할 수 있음.

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12. 내연기관은 사라지지 않고 공존을 할 것인데 합성연료는 하이브리드 자동차에 특화된 방법임. 기존 하이브리드는 충전이 충분히 되면 전기모터로, 충전이 되어있지 않으면 가솔린을 써서 엔진을 돌림. 즉, 엔진이 발전에도 쓰이고 구동에도 관여함.

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13. 하지만 앞으로는 합성연료를 Back-up 전력원으로 배터리를 충전하는 용도로만 쓰고 모터로만 운행되는 자동차로 방향이 바뀔 수 있음. 즉, 발전기 용도로만 쓰이고 구동엔 관여하지 않는 방향으로. 이렇게 하면 장점이 바퀴를 굴리려면 배기량이 커야되지만 발전만 하려면 배기량이 작아도 됨. 마티즈 정도 엔진으로 충분.

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14. 합성연료의 장점은 지리적으로 신재생이 불리한 나라나 인프라를 깔기에 가난한 나라도 수입해다가 쓰면 됨. (물론 가격적으로 많이 내려와야 겠지만 + 보조금)

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15. 미국도 이퓨얼에 긍정적임. 이미 옥수수에서 바이오 퓨얼을 많이 사용하고 있음. (사탕수수도)

결국 미래에 에너지 저장의 개념으로는 한쪽 진영이 독식을 한다기보다는 배터리, 수소, E-fuel이 공존할 것으로 보입니다. 다만 E-Fuel의 생산단가가 낮아진다면 전기차 대비 인프라 비용도 아끼고 압도적으로 편할 것이라고 생각합니다. (+화재와 같은 안전문제)

E-fuel은 CO+H2라 불리우는 합성가스를 이용해 CnHn의 합성연료를 만드는 것인데 이게 새로운 공정이 아닙니다. 합성연료 자체는 100년의 역사를 가지고 있기 때문입니다.

이미 GTL(Gas to Liquid), CTL(Coal to Liquid)라는 공정이 존재하고 기존 천연가스(CH4)를 원료로 사용하던 것을 포집한 CO2와 그린H2를 이용해 원료로 쓰는것이기 때문입니다.

현재도 중국에는 CTL 공장이 많고, 각국에 GTL 공장도 있는 만큼 E-Fuel의 경제성이 나오게 된다면 합성가스만 어떻게 만드냐만 바뀌는 것이고 그 다운스트림은 전부 동일하게 됩니다. 오히려 E-fuel의 경우 황이나 염소같은 불순물 제거 공정이 빠지기 때문에 신규 공정의 경우 Capex가 줄게될 것입니다.

따라서 현재 오일메이저와 내연기관의 헤게모니를 쥐고있는 진영에서는 E-fuel이 구미가 당길 수 밖에 없습니다.

E-fuel의 가진 장점과 강점을 요약하자면,
1. 탄소 중립형 에너지이다. (포집한 이산화탄소를 순환)

2. 기존 인프라를 활용할 수 있어 전기차 인프라가 들어가기 힘든 개발도상국도 탄소중립 체제로 만들 수 있다. 또한 전기차나 수소차에 사용되는 천문학적인 인프라 비용을 아낄 수 있다.

3. 에너지 캐리어로서 역할을 할 수 있다. 수소나 전력 그리드를 활용한 에너지 수출입보다 기존 인프라를 활용해 E-fuel을 수출입하는 것이 경제적이다.

4. 중동, 미국, 러시아 등 특정 지역에 편중되어 있어 안보 측면에서도 유리하다.

물론 아직까지는 E-Fuel의 핵심이 되는 그린수소의 생산단가와 CCUS를 이용한 이산화탄소 포집비용은 경제성이 없습니다. 일각에서는 전기->수소->E-fuel로 3차 전환이 필요하기 때문에 효율이 낮다고 하지만 간헐성으로 인해 버려지는 재생에너지 기반의 전기를 활용한다는 점에서 효율성은 큰 이슈가 아니라고 생각합니다.

다만 그린수소의 생산단가와 CCUS 포집 기술의 발전으로 점점 생산단가는 낮아질 것이고 가장 중요한 것은 ESG 정책하에 이러한 산업을 키우는 요인은 "과징금적 벌금"에 있습니다. 따라서 항공산업이나 선박 산업과 같이 전기배터리로 대체가 어려운 B2B Level부터 순차적으로 적용이 될 것입니다.

그러므로 위 표에서는 마이너스(-)항목으로 EU나 미국에서 과징금적인 탄소세를 빼야할 것 입니다.

실제 유럽연합의 경우 항공유에서 SAF(Sustainable Aviation Fule)을 2030년부터 5%로 시작해 2050년 63%까지 혼합하는 것을 목표로 삼고 있으며, 여기서 E-fuel 역시 0.7%로 시작해 2050년 28%까지 늘리도록 하고 있습니다.

경제성을 운운하기엔 각 정부의 정책은 일관적입니다. 어느순간 경제적인 이유로 Withdraw될 정책이 아닙니다.

EU 이번엔 '친환경 항공유' 규제..K항공 비상 걸렸다 유럽연합(EU)이 최근 지속가능항공유(SAF) 도입을 의무화하는 ‘리퓨얼EU’(REFuelEU) 법안을 최종 합의하면서 국내 항공업계에 비상이 걸렸다. 당장 2025년부터 기존 항공유에 SAF를 최소 2% 이상 섞어 파이낸셜뉴스 | 네이버 네이버 뉴스

정부가 이렇게 벌금형 정책을 세우면 항공업계는 따를 수 밖에 없습니다. 그리고 이것이 정유산업의 미래 먹거리가 될 것입니다. 이유는 정유사 입장에서도 정책에 의해 수요가 생기게 되면 수익을 내기위해 그쪽 산업으로 진입할 수 밖에 없기 때문입니다. 기존 자산들이 좌초자산이 되는 것을 방치하기 보다는 공정변화와 공장 설계 변경을 통해 넷제로에 대비를 해야되기 때문입니다.
그리고 정제 마진에 의해 이익이 둘쭉날쭉하게 되는 정유사 입장에서는 확실한 고객사의 벌금으로 인한 수요는 반갑지 않을 수 없습니다.

[단독] 정유사 정제마진 29→2弗 추락···"영업익 80% 쪼그라들 것" [서울경제] 정유사의 핵심 수익성 지표인 정제 마진이 2달러대로 추락하면서 실적에 경고등이 켜졌다. 정유사의 손익분기점은 배럴당 4~5달러 수준으로 2달러대면 공장을 돌릴수록 손해를 보는 셈이다. 경기 침체의 장기화로 수요가 줄면서 정제 마진의 내리막은 계속되고 있어 1분기 실적 악화는 물론 2분기 실적 회복도 장담할 수 없게 됐다. 24일 정유 업계 서울경제 언론사 뷰

SAF나 E-fuel의 가격 프리미엄은 생산단가와 생산단가 + 과징금 사이 어딘가로 결정이 될 것입니다.

국내 정유사들도 이를 위해 지분 투자 및 CCUS 투자를 단행하고 있습니다.

SK이노베이션 투자 인피니움, 물과 공기로 항공유 만드는 '이퓨얼' 최강자 최영찬 비즈니스포스트

SK이노·SKIET, 가스 분리막 전문기업 '에어레인'에 투자 SK이노베이션과 SK아이이테크놀로지가 가스 분리막 전문업체 ‘에어레인’에 투자한다고 8일 밝혔다. 리튬이온 배터리용 분리막(LiBS) 분야 세계적 수준의 기술력을 탄소 포집∙활용∙저장(CCUS) ZDNet Korea | 네이버 네이버 뉴스

정유업계와 정부는 탄소 중립 관련 기술 개발에 손을 모았다. 산업통상자원부의 '정유업계 2050 탄소 중립 기술 개발 로드맵'에 따르면 정유사들은 ▲친환경 연료 대체 ▲무탄소 연료 전환 ▲에너지공정 효율화 ▲이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS) ▲대체연료 생산 및 보급 등 5개 기술 개발을 추진한다.

현재 '탄소순환형 정유제품 생산을 위한 CCU 통합공정 기술개발 사업'이 진행 중이며 2025년까지 핵심기술을 개발할 계획이다. 2030년부터는 상용화 연구에 돌입한다. 해당 기술은 정유 공정에서 배출되는 이산화탄소를 기초유분과 탄소 순환형 연료 생산 등으로 활용할 수 있도록 해 탄소 저감에 기여할 것으로 기대된다.

이와 같이 신에너지 패러다임을 잡기 위해 우리나라 뿐 아니라 세계 메이저 회사들이 바쁘게 협업하고 움직이고 있습니다.

출처: https://www.efuel-alliance.eu/efuels/efuels-production-map

세계적으로 E-fuel 관련해서 투자가 많이 이루어지고 있습니다.

따라서 E-fuel은 이미 투자가 활발하게 투자가 진행되고 있고 전통오일을 교체하려면 더 많은 연구로 주요 Cost를 낮춰야 하는 숙제가 남게됩니다.

전기차와 내연기관이 미래에 공존하게 된다면 여기서 E-fuel을 만들기 위한 기업에서 투자의 기회도 있을 것으로 생각합니다.

골드만 삭스의 경우 전세계 자동차 산업이 전기차로 완전히 전환하는데 드는 인프라 투자 비용만 6조달러에 이를 것으로 예상하고 있습니다. 이러한 막대한 인프라 비용이 100% 전기차 전환에 걸림돌이 되며 E-fuel 진영을 키울수 있는 하나의 당위성을 만들어주게 됩니다.

물론 아직 넘어야 할 산들이 많습니다. 그린수소의 생산단가와 CCUS 기술의 경제성을 확보하기 때문입니다.

하지만 계속된 투자로 그린수소 생산단가와 CCUS 단가가 매년 감소하고 있습니다. 미국의 경우 IRA법안으로 지원도 하고 있습니다. 따라서 결국에는 Tipping Point를 넘어 전체적인 Cost가 내려갈 것으로 생각하고 있습니다.

 

투자아이디어

1. E-Feul 상용화의 키는 결국 수소단가와 CCUS에 달려있음.

2. 수전해 설비와 CCUS에서 핵심 밸류체인을 봐야함.

3. 넷제로에 대비해 SAF와 E-fuel에 적극적인 정유회사를 유심히 봐야함.