엔진오일부터 휘발유까지 천연가스로 대체할 수 있다?

우리가 자동차에 주유하는 휘발유, 경유 등의 자동차연료와 엔진오일은 흔히 원유를 채굴하여 정유소에서 정제 과정을 거쳐 생산되고 있으며 대부분 사람들은 자동차에 쓰이는 휘발유, 경유 그리고 윤활유가 석유를 대체할 수는 없다고 믿을 것이다. 하지만 의외로 석유를 대체할 대체연료 연구개발은 과거부터 많이 이뤄지고 있으며 그 중에서 원유보다 매장량이 훨씬 많은 천연가스는 당장 대체가 가능한 수준까지 올라와 있다.

한국쉘석유가 9월 26일 웨스틴조선호텔에서 열린 기자간담회에서 세계 최초의 천연가스 합성엔진오일 쉘 힐릭스 울트라를 공개했으며 석유가 아닌 천연가스로 제조된 GTL 기유로 제조되었다고 한국쉘석유 측에서 설명했다.

쉘의 자동차 엔진오일 최상위 라인업이라고 볼 수 있는 힐릭스 울트라 시리즈는 쉘이 가장 기술력을 요구하는 공정을 통해 나온 기유로 제조했으며 종전 힐릭스 울트라 시리즈에 사용된 기유는 천연가스가 아닌 석유를 정제해 나온 XHVI 기유로 제조되었다. XHVI 기유는 그룹3 기유이며 그룹4  PAO 기유, 그룹5 에스테르 기유와 비교 시 저온유동성이나 점도가 뒤떨어지지 않는 기유이다.

이번에 한국쉘석유에서 새로 내놓은 쉘 힐릭스 울트라의 핵심은 GTL 기유이다. XHVI를 대체할 GTL 기유의 가장 큰 특징은 석유가 아닌 상온에서 기체 상태인 천연가스에서 정제 과정을 거친 기유이며 상온에서 기체 상태이기 때문에 상온에서 액체 상태인 원유와 비교해 불순물이 적다는 장점이 있으며 특히 쉘이 세계 최초로 상용화에 성공한 가스액화기술 즉 GTL(Gas To Liquid) 공정을 거친 GTL 기유는 맑고 투명한 증류수처럼 투명한 상태를 유지하며 순도 99.5%를 자랑한다.

GTL은 엔진오일에 사용할 기유는 물론이고 경유, 등유, 휘발유, 나프타 등 자동차 및 산업연료를 생산할 수 있다. 특히 글로벌 난제인 지구온난화로 인한 기상이변 그리고 대기오염을 막기 위해 세계 각국은 황과 벤젠 함량 규제를 강화하고 있으며 미국의 경우 앞으로 2017년까지 휘발유의 황 함량을 2/3 이하로 줄여야 하는데 기존 석유에서 정제한 연료와 달리 GTL 공정으로 생산된 연료는 이러한 황, 벤젠 함량이 거의 없다는 장점이 있다.

아래 영상은 한국쉘석유가 기자간담회에서 공개한 GTL 공정 그리고 새로 출시한 쉘 힐릭스 울트라 프리젠테이션 영상이며 GTL 공정과 쉘 힐릭스 울트라의 슬러지 청정 능력 등을 영상을 통해 볼 수 있다.

원유에서 정제된 연료보다 더 깨끗한 연료와 윤활유를 얻을 수 있는 GTL

본래 천연가스는 원유와 같이 채굴되는 경우가 많았지만 상온에서 기체 상태이기 때문에 과거에는 잘 쓰이지 못했으며 원유 채굴할 때 천연가스는 그냥 불태우는 경우가 많았다. 하지만 -160도 이하로 온도를 낮춰 천연가스를 액화시켜 운반하는 LNG 기술이 도입되면서 천연가스도 석유 못지않은 중요한 지하자원이 되었다.

천연가스는 상온에서 기체 상태이고 공기보다 가볍기 때문에 기체 상태에서 위로 떠오르는 성질이 있다. 반대로 과거에 많이 쓰였던 액화석유가스 즉 LPG는 공기보다 무거워 바닥에 가라앉는 성질이 있는데 몇 년 전까지만 해도 LPG 가스 폭발 사고가 빈번했던 이유가 공기보다 무거워 폭발 위험성이 훨씬 컸기 때문이다.

한국쉘석유에서는 이러한 천연가스의 성질을 물의 수증기에 비유했고 상온에서 액체 상태인 원유는 흙탕물에 비유하면서 기본 원료가 천연가스가 더 순수하기 때문에 더욱 깨끗한 연료를 얻을 수 있다고 주장했다.

GTL 공정은 탄화수소, 이산화탄소 물 등의 불순물을 제거한 메탄가스를 수소와 일산화탄소가 결합된 합성 가스를 생산한다. 그 후 촉매를 통과하여 탄화수소와 물로 변환되며 변환된 탄화수소는 분자 단위로 쪼개지면서 중유를 얻게 된다. 이 중유 또한 촉매제를 통해 나프타, 휘발유, 경유, 등유, 엔진오일 기유 등이 생산된다. 여기서 한번 더 증류하면 순수하고 투명한 엔진오일 기유를 얻는다고 한다.

한국쉘석유에서는 이러한 기술을 퓨어플러스라고 하며 순도가 무려 99.5%나 된다고 한다. 높은 순도 덕택에 GTL 기유로 제조된 엔진오일은 기존 광유로 제조된 엔진오일의 문제점이었던 슬러지 생성을 억제했고 오래된 중고차의 경우 엔진 내부에 붙어 있는 슬러지까지 제거할 수 있다.

GTL 기유의 장점은 같은 점도로 제조된 VHVI PAO등의 기유보다 점도지수가 높아 가혹한 주행환경 또는 엔진오일 교환주기가 길 수록 오일이 산화되어 엔진오일 성분 변질을 더욱 억제한 것이 장점이다. 따라서 엔진오일 교환주기를 더욱 길게 가져갈 수 있는 장점이 있으며 저온유동성도 뛰어나 -30도 이하로 내려가는 추운 극지방에서도 엔진오일이 굳지 않는다. GTL 기유는 XHVI 기유와 같은 그룹3에 속해 있지만 성능 면에서는 PAO, 에스테르보다 더 나은 점이 많다.

엔진오일 뿐만 아니라 자동차 연료 또한 GTL이 원유를 대체할 듯

지금은 기억하는 사람들이 많지 않겠지만 2008년 글로벌 금융위기가 시작되기 직전 원유가격이 배럴당 150달러 근처까지 올라가면서 2008년 3분기까지 초고유가 시대를 잠시 경험했었다. 경유에 붙는 세금이 휘발유에 붙는 세금보다 더 적었지만 2008년 국내에서 경유 가격이 휘발유 가격보다 더 높았고 가격도 리터당 2000원 이상 올라가기도 했다.

따라서 원유를 대체할 수 있는 천연가스가 지금으로서는 현실적인 대체연료라고 볼 수 있다. 천연가스 매장량은 원유보다 훨씬 더 많다는 이점이 있으며 원유에서 정제한 연료, 윤활유 기유보다 훨씬 더 깨끗하다.

앞서 언급했지만 GTL은 엔진오일 뿐만 아니라 휘발유 경유 등의 연료를 생산할 수 있으며 특히 대기오염의 주범 벤젠과 황의 함량이 원유로 정제한 연료보다 훨씬 더 적다. 자동차 배출가스를 줄이기 위해서는 배출가스를 조금이라도 더 줄이기 위한 자동차회사의 노력도 중요하지만 자동차 연료를 생산하는 정유업계의 기술 연구도 중요하다.

GTL 기술은 사실 최신기술은 아니다. 이번에 기자간담회를 진행한 한국쉘석유 이외 엑손모빌 등 다른 글로벌 메이저 정유업체들도 이 설비를 오래 전부터 갖추고 GTL 기술을 통해 자동차 연료 및 윤활유를 생산하고 있다. GTL 기술의 근간이 되는 피셔-트롭쉬 공정이 1925년에 탄생되었으며 이 공정을 통해 기체 상태의 천연가스가 액체 연료를 쓸 수 있게 되었다. 우리나라에서도 국내에서도 GTL 기술에 대한 정부와 기업의 합동연구가 이뤄지고 있다고 하는데 우리나라 고유의 GTL 기술이 빨리 개발되어 GTL 관련 산업을 크게 육성시켜야 한다고 본다.