국내 수송용 바이오디젤 생산 및 보급 확대 방안의 상대적 중요도 분석

1. 서론

한국 산업통상자원부는 2022년 10월에 ‘친환경 바이오연료 확대 방안’을 발표한 바 있다(Ministry of Trade, Industry and Energy, 2022a). 이에 따르면, 정부는 국내 바이오연료 사용을 늘리고, 2030년까지 수송용 바이오디젤 의무 혼합비율을 기존의 5%에서 8%로 상향할 예정이다.

국내 수송부문의 온실가스 배출량은 2016년에 98.8백만 톤으로 정점을 찍은 이후 점차 감소하고 있지만, 2020년 기준으로도 도로 부문은 수송부문 전체 온실가스 배출량의 96%를 차지하고 있다 (Ministry of Environment, 2022). 정부는 수송 부분 탄소저감을 위해 전기·수소차의 확대 보급을 이행하는 동시에 바이오디젤¹⁾ 혼합률 상향 목표를 두고 있다(Joint Ministries Concerned, 2021a, 2021b). 즉 정부가 국내 신재생에너지 연료 의무혼합(RFS, Renewable Fuel Standard)²⁾의 비율을 높일 경우, 기존 2030년까지 매년 약 0.2%씩 늘려야 했던 것을 0.5%씩 늘려야 함을 의미한다.

현재 국내에서 바이오디젤은 경유차량(트럭, 화물차, 경유SUV 등)에 사용되는 기존 디젤에 3.5% 정도 섞여 보급되고 있다. 우리나라의 바이오디젤 보급은 2007년 혼합률 0.5%로 시작하여 2015년 7월부터 RFS 법령을 발효한 바 있다. 바이오디젤 5% 혼합률은 연구개발 초창기에 정유업계, 자동차 업계 등 이해당사자들이 모여 합의 및 목표한 비율이다. 그러나 2030년까지 의무 혼합비율 5%를 달성하는 것은 그 기간과 생산 가능성을 고려할 때, 비교적 저조한 성과로 지적되고 있다(Kim, 2021).

정부는 국내 바이오디젤 생산력을 고려하여 2030년까지 RFS 8% 달성을 목표로 두었으나, 이른 시기부터 바이오디젤 보급이 활발히 이뤄지고 있는 타 국가들에 비해 높은 수준이라고 보기는 어렵다. 예로, 2019년에 이미 유럽은 최대 7%에 해당하는 바이오디젤 RFS를 적용하고 있었으며, 아시아에서는 인도네시아가 20%를 달성하였다(Park and Kang, 2022).

국내 바이오디젤의 생산량과 수출은 매년 증가하는 추세이다. 그러나, 국내 바이오디젤 원료 수입 의존도는 2019년 기준, 71%이다. Kim(2009)은 수입의존형 에너지원은 바람직한 에너지정책이 아님을 언급하고 있다.

EU 의회(Strasbourg General Assembly, 2018)에서는 2021년부터 수송연료 분야에서 팜유(Palm oil)에 기반한 바이오연료를 퇴출하는 RED 개정안을 가결(Park, 2019)한 바 있다. 또한, 최근 우크라이나 사태가 일어나면서 에너지원 가격은 불안정한 모습을 보이고 있으며, 이로 인한 국내 바이오디젤 원료의 주수입국인 인도네시아가 일정기간 팜유 및 부산물 수출을 중단하는 상황이 이어졌다. 이에 정부는 대체 수입국에 대한 긴급논의(Ministry of Trade, Industry and Energy, 2022b)를 가졌다. 향후에는 우리나라가 수입하고 있는 팜유 및 부산물에 대한 의존도를 낮추고, 국내 원료를 개발 및 생산하는 것이 필요하다.

이와 같은 배경 하에, 본 연구는 수송 부문 바이오연료 의무 혼합 비율을 확대하는 과정에서 효율적인 생산과 보급을 위해선 국내 바이오디젤의 생산 및 보급의 전반적인 과정을 검토할 필요가 있다고 판단하였고, 이에 따라 공급사슬(Supply chain)의 관점에서 연구를 진행하였다. 즉 국내 수송용 바이오디젤 생산 및 보급 확대 방안에 있어 바이오디젤 생산의 전반적인 흐름을 공급사슬(Supply chain)의 측면에서 살펴보았다.

본 연구는 정부의 바이오디젤 의무 혼합비율 상향계획을 달성하기 위해 개선해야 하는 요소들을 탐색한다. 그리고 효과적인 바이오디젤 생산 및 보급에 있어 어떤 요인이 보다 중요하게 다뤄져야 하는지 계층분석법(AHP, Analytic Hierarchy Process)으로 분석하고, 관련 시사점을 도출하였다. 이후 연구내용은 연구방법, 결과 및 고찰, 결론의 순서로 구성하였다.

2. 연구방법

2.2. AHP 적용 및 분석과정

AHP의 적용과정은 의사 결정하기 위한 계층설정을 기본으로 문헌조사와 전문가의 의견을 바탕으로 진행된다. AHP는 특성상 해당분야의 전문지식을 보유한 전문가의 자료를 수집함으로써 논리와 신뢰가 있는 결과를 도출할 수 있다. 이 과정에서는 아래 표(Table 1)와 같이 Saaty가 제안한 1-9점 척도를 이용해 응답자들의 해당 요인별 쌍대비교가 진행된다. 쌍대비교는 말 그대로 평가요인을 두 개씩 두어 어느 요인이 더 중요(같음, 약간 중요, 중요, 매우 중요, 절대 중요)한 지 점수화하는 과정이다.

Table 1.

1-9 Scale (Saaty, 1980)

설문 대상자의 응답으로 각 항목에 대한 상대적 점수화 및 중요도가 나오면, 일관성 검사를 통해 비일관적으로 나온 응답 데이터를 제외한 종합 중요도를 도출하게 된다. 이와 관련된 산정방식 과정은 아래 식 (1)~(4)와 같다.

$\[ A=\left[a_{ij}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& a_{12}& \cdots & a_{1n}\\ a_{21}& 1& \cdots & a_{2n}\\ ⋮& ⋮& \cdots & ⋮\\ a_{n1}& a_{n2}& \cdots & 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{w}_1/w_1& w_1/w_2& \cdots & w_1/w_n\\ w_2/w_1& w_2/w_2& \cdots & w_2/w_n\\ ⋮& ⋮& \cdots & ⋮\\ w_n/w_1& w_n/w_2& \cdots & w_n/w_n\end{array}\right] \]$

(1)

위 식 (1)에서 행렬 A는 a_ij=1/a_ji, a_ii=1 이 성립한다. 각 요인을 쌍대비교 할 때, w_i는 i번째 평가요인의 상대적 중요도를 의미하며, 평가요인 i를 다른 평가요인 j와 쌍대비교할 경우 중요도는 a_ij가 된다. 따라서 행렬의 대각선의 값은 모두 1이 되며 역수행렬을 나타내게 된다.

$\[ A^{\mathrm{\text{'}}}\cdot w^{\mathrm{\text{'}}}={\lambda }_{\text{max}}\cdot w^{\mathrm{\text{'}}} \]$

(2)

중요도 추정에서는 식 (2) 고유치방법을 사용한다. A′의 최대고유치인 λ_max는 n에 근접할수록 행렬 A 값들이 일관성 있다고 본다.

$\[ CI=\frac{{\lambda }_{\text{max}}-n}{n-1} \]$

(3)

행렬 A가 완전한 일관성을 가질수록 CI(Consistency Index)는 0에 가깝고(λ_max = n), 비일관성을 가질수록 CI는 큰 값을 가진다. 따라서, 응답자의 결과가 일관성을 가질수록 CI는 낮아진다. CI는 식 (3)과 같이 표현할 수 있다.

$\[ CR=\frac{CI}{RI} \]$

(4)

일관성비율(Consistency ratio)은 일관성지수(Consistency Index)를 평균무작위지수(Average Random Consistency Index)로 나눈 비율이다. Saaty (1980)에 따르면, 일관성비율(CR)이 0.1 이내일 경우 합리적인 일관성을 갖는 것으로 신뢰성 있는 결과임을 의미하며, 0.2 이내일 경우 용납할 수 있는 수준의 일관성을 갖는 것으로 판단할 수 있고, 그 이상일 경우 일관성이 부족하여 재조사가 필요하다고 제안한 바 있다.

2.2.1. 항목선정

목표달성을 위한 각 항목의 선정은 바이오연료 부문 주제에 AHP를 적용한 선행연구와 바이오디젤 생산과정(Korea Biofuels Forum, 2022)을 참고하여 결정하였다. Ruhani et al. (2022)에서는 바이오디젤 공장 설립에 적합한 지역을 선택하기 위해 AHP를 이용하였고, 그에 필요한 항목들과 지역들을 나누어 계층화하였다. Haris Mahmood Khan et al. (2021)에서는 SWOT-AHP 및 TOWS 등 분석을 통해 바이오디젤 생산과 활용에 있어 강점 및 기회를 고려하고 약점과 위협을 제거할 수 있음을 언급하고 있으며, Bayraktar et al. (2023)에서도 AHP-SWOT을 이용하여 미래선박에 대한 바이오디젤의 내적, 외적요인들을 파악하는 연구를 보여주고 있다. 이에 한국 바이오연료 포럼에서 소개하고 있는 바이오디젤 제조기술을 토대로 공급망(Supply Chain)의 관점에서 주요 이슈들을 살펴보았다. 선행연구들과 공급망 측면에서 다뤄지는 주요 범위들을 대항목으로 넣었으며, 각 대항목안에서 공통적으로 다루고있고 개선될 여지가 있는 이슈들을 소항목으로 설정하였다. Table 2는 선행연구에서 다룬 항목들을 정리하였다.

Table 2.

Relevant studies cited in AHP criteria selection

Fig. 1.

Hierarchical structure for improvement factors for the production and distribution of bio-diesel for domestic transportation

2.2.2. AHP 계층화

계층분석법(AHP) 의사결정(목표)을 위한 적절한 계층설정은 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 바이오디젤 공급사슬(Supply Chain)의 관점에서 계층을 구조화했다. 대항목에는 크게 3가지로 ‘원료확보 및 개발’, ‘생산/공정관리 및 개선’, ‘기반조성 및 시장 활성화’가 있으며, 소항목은 각 대항목을 바탕으로 3개씩, 총 9개의 요인(폐기름 수거범위 확장, 차세대(수첨)원료 상용화, 국내 농업개발, 원료별 공정기술 최적화, 관련 중소기업 지원, 겨울철 대비 집중 R&D, 법·규제개선 및 인센티브 부여, 거버넌스 체계수립 및 운영, 국민인식 제고)으로 구성하였다. 각 대항목과 소항목에 대한 구체적인 설명은 Table 3에 정리하였다.

Table 3.

Explanation for each factor

2.2.3. 전문가 데이터 수집(설문조사)과 데이터 분석

본 연구에서는 온라인설문지(자기기입식)를 통한 데이터를 수집하였다. 응답자는 에너지 관련 종사자로 학계, 연구기관, 산업계에 전문가를 대상으로 진행하였다. Table 4는 설문에 참여한 전문가들에 대한 기초통계이며, 본 AHP 분석결과의 전문성과 객관성의 근거가 된다. 설문 기간은 2023년 3월 말부터 약 한 달 동안 한국갤럽(설문업체)에 의뢰해 실시하였다. 설문 내용으로는 설정한 AHP 계층을 기준으로 각 대항목과 소항목의 요인들을 쌍대비교를 진행하였고, Saaty의 1-9점 척도를 이용하여 요인별 순위를 종합할 수 있었다. 설문에 응답한 전문가 수는 총 38명이며, Expert Choice 분석프로그램을 통해 응답의 비일관성 지수를 제거하여 일관성이 있게 응답한 수는 31명으로 집계되었다.

Fig. 2.

AHP questionnaire form

Table 4.

Respondent demographic statistics

3. 결과 및 고찰

전체 응답자 중 일관성이 있게 응답한 31명(CR 0.2 이내)을 대상으로 국내 수송용 바이오디젤 생산 및 보급 확대 방안의 요인별 가중치를 살펴보았다. 대항목에서는 ‘원료확보 및 개발’, ‘기반조성 및 시장활성화’, ‘생산/공정관리 및 개선’ 순으로 높은 가중치를 보였으며, 그 중 ‘원료확보 및 개발’이 49.2%로 전체 응답의 약 절반 정도의 중요도를 나타냈다. 소항목(GRI)에서는 ‘차세대(수첨)원료 상용화’, ‘폐기름수거 범위확장’, ‘법·규제개선 및 인센티브 부여’ 등의 순으로 가중치가 높게 나타났으며, ‘차세대(수첨)원료 상용화’가 22.8%를 차지하면서 가장 높은 중요도를 나타냈다. 분석 결과는 다음 Fig. 3 및 Table 5에 제시하였다.

Fig. 3.

Analysis of the importance of enhancement factors for domestic transportation bio-diesel production and distribution (Criteria, Sub Criteria)

Table 5.

Relative importance of enhancement factors for expanding bio-diesel production and distribution for domestic transportation: Comprehensive analysis results (%)

분석 결과, 대항목에서 ‘원료확보 및 개발’(49.2%)의 상대적 중요도가 가장 높게 나타났으며, 이는 바이오디젤을 생산 및 공급하는 과정에서 원료확보에 대한 원천적 해결이 중요함을 의미한다. 이미 국내에서는 원료에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 해외 수입의존도를 줄이고 원료를 확보하기 위해선 무엇보다 어떤 원료를 어떻게 확보할지와, 확보 및 개발에 이어 생산에 적용하는 과정이 중요하다. 특히 소항목의 ‘차세대(수첨)원료 상용화’가 전체 소항목의 가장 중요한 요인으로 나옴으로써 ‘원료확보 및 개발’(대항목)에 대한 향후 추진 방향을 가늠할 수 있다.

‘기반조성 및 시장활성화’(30.7%)는 대항목 세 요인 중 두 번째 중요도를 가졌다. 바이오디젤 생산과 보급을 위한 환경조성은 가장 기본적인 요소 중 하나이며, 정부에서도 RFS 의무혼합율을 높이면서 더 세부적인 계획과 이행을 두고 있다. 바이오디젤의 원활한 공급을 위해서는 정부의 역할이 큰 만큼 기존의 정책적, 법적 측면들에서 보완 가능한 부분들을 개선하는 것이 필요하다. 반면 ‘생산/공정 관리 및 개선’(20.1%)은 대항목 중 여타 두 요인보다 상대적 중요도가 낮았다.

차세대(수첨) 바이오디젤은 동·식물성 유지에 수소를 첨가해 생산하여 기존 바이오디젤에 추가해 혼합이 가능(Jo, 2022)한 것을 의미한다. 국내 R&D 분야에서는 바이오디젤 생산을 위해 원료(바이오매스)에 관해 다양한 연구가 진행되고 있으며, 국가의 RFS 상용화 계획에 따라 차세대(수첨)원료는 그 가치가 점점 높아지고 있다. ‘차세대(수첨)원료 상용화’를 위해서 정부는 차세대(수첨)원료를 이용하는 수요처를 확장하여 상용화를 이루는 것에 집중하는 것이 필요하다. 현재 정부는 수소공급에 대한 확대계획과 이행에 있으나, 안정된 공급망을 사용하기에는 시간이 더 필요할 것으로 보인다. 이에 수소공급에 대한 구체적인 방안들을 모색하고, 활성화 및 안정화하는 것은 가장 중요한 과제이다.

소항목에서 뒤이어 높게 나온 ‘폐기름 수거 범위 확장(17.2%)’과 ‘법·규제개선 및 인센티브 부여(15.9%)’는 ‘차세대(수첨)원료 상용화(22.8%)’와 차이가 크지 않는 것으로 보아 세 요인은 목표 달성에 있어 같이 고려해야 하는 점으로 여겨진다. Dinh et al. (2009)에서는 바이오디젤의 생산 지속가능성에 대한 원료별 환경지표를 통해 팜유사용은 미래 환경 편익에 좋지 않음을 언급한 바 있다. 이에 바이오디젤의 생산 및 보급을 위해서는 수첨디젤에 대한 추진과 함께 분석 결과에서 두 번째로 중요하게 나온 ‘폐기름 수거 범위확장’을 같이 고려할 수 있다. 이는 국내 수송용 바이오디젤 생산 및 보급이라는 목표달성에 있어 두 요인을 같이 고려함으로써 협동적 개선으로 나아갈 수 있다.

Cha (2007)에서는 국내 원료생산에 있어 농업개발은 국토의 면적 한계와 원가 경쟁력을 갖출 수 있는지에 대한 해결방안과 아이디어들이 더 필요하다고 언급한 바 있다. 따라서 현행하고 있는 폐기름 수거에 대한 범위확장은 원료 수입의존도를 낮추는 방법이자 국가 정책으로도 바람직할 것으로 사료된다.

‘폐기름 수거 범위 확장’에 관한 사례로 Park et al. (2016)에서는 습식 커피 찌꺼기로 직접 바이오디젤을 생산하는 것에 관해 연구하여 바이오디젤 생산의 효과적인 공정설계에 대해 언급하였으며, 국내 BGF리테일은 폐유 스마트 수거 시스템을 도입하는 계획을 발표(Jung, 2022)하여 폐식용유의 회수율 확대와 재활용률을 높이는 방안을 제시하였다. 사례들은 국내 자체 원료확보에 기여할 수 있는 해결책이자 국민이 동참할 수 있는 리사이클 생활의 본보기가 될 수 있다. 이처럼 정부는 국내 원료확보 여건과 향후의 원료 사용을 위해 수입하는 팜유 및 부산물의 의존도를 낮추고, 원료개발 및 확보에 지속적인 연구 및 관련 지원이 이루어져야 한다.

이러한 측면에서 소항목의 세 번째로 중요하게 나온 ’법·규제개선 및 인센티브 부여(15.9%)‘는 위 우선 요인들을 실행하는데 필요한 필수요인으로 작용한다. 산업통상자원부가 공표한 ‘바이오연료 활성화 추진 협의회’와 ‘바이오 연료센터’가 운영됨과 같이 정부와 전담기관은 바이오디젤과 관련된 법률 및 규제개선과 인센티브 제도를 명확화하고 표준화하는 것이 중요하다. 법·규제 개선의 세부 사항으로는 원료생산과 관련된 허가 절차의 간소화 및 효율화, 생산 시 필요한 규제 요건의 표준화, 원료의 수송·저장 및 유통에 대한 규제의 개선 등이 있다. 바이오디젤과 관련된 진입장벽을 표준화함으로써 바이오디젤 생산과 보급의 기반을 조성하고, 원료생산 업체에 대한 지원금, 보조금, 세제 감면 등의 재정지원과 원료 사용업체에 대한 우대 조건 설정 및 혜택을 제공하는 등 인센티브 부여를 통해 시장을 활성화해야 한다. 이에 바이오디젤 원료 관련 연구 프로젝트에 대해 정부는 자금 지원 및 연구 지원 기구의 참여 유도가 필요할 것으로 보이며, 전문적인 연구 인프라 구축과 인력 양성은 정부와 연구기관 간의 협력과 자금 지원을 강화할 수 있다. 결국 상기 세 요인(소항목)은 향후 국내 수송용 바이오디젤 생산 및 보급 확대를 위한 주요 방안으로 다루어질 필요가 있다.

4. 결론

본 연구는 국내 에너지 분야 전문가들을 대상으로 ‘국내 수송용 바이오디젤 생산 및 보급 확대를 위한 방안의 상대적 중요도’를 AHP 기법을 이용해 분석하였다. 분석 결과, 대항목에서는 원료확보 및 개발(49.2%)이, 소항목에서는 차세대(수첨)원료 상용화(22.8%)가 가장 높은 가중치를 보였으며, 이는 향후 바이오연료 보급 확대에 있어 위 두 전략이 우선적으로 고려될 필요가 있음을 의미한다.

전체 부분에서의 각 대항목과 소항목의 차순위 요인들은 대항목에서 기반조성 및 활성화(30.7%), 생산/공정관리 개선(20.1%) 순으로 나왔으며, 소항목에서는 폐기름 수거범위 확장(17.2%), 법·규제개선 및 인센티브 부여(15.9%) 순으로 각 항목에서 꽤 높은 비중을 차지하는 것으로 나타났다. 이는 차순위 요인들을 제쳐두는 것이 아닌 같이 고려되어야 하는 요인으로 보고 개선에 힘써야 할 것이다. 이에 반해 겨울철 대비 집중 R&D(3.2%), 관련 중소기업 지원(4.5%), 국민 의식제고(5.2%) 등은 상대적으로 가중치가 낮게 나타남으로써 덜 중요한 요인들로 고려되고 있었다. 즉 우선 요인인 원료확보 및 개발이 선행된 이후 차순위 요인들이 순차적으로 개선될 수 있을 것이다.

추가적으로 분석한 응답자 분야별 내(학계, 연구소, 산업계) 결과에서도 분야별 가장 중요하게 여기는 요인들은 같았다. 모두 대항목의 ‘원료확보 및 개발’과 소항목의 ‘차세대(수첨)원료 상용화’가 중요하다는 선택 결과를 보였다. 이를 통해서는 분야별 의견들이 목표 달성에 있어 모두 같은 방향을 추구하고 있음을 알 수 있었으며, 전체 소항목 중 중요도가 높게 나온 세 가지 요인에 대한 관련된 정책적, 전략적 함의를 연구 결과와 고찰 부분에서 논하였다.

본 연구는 응답자 분야 중 현장에 있는 산업계의 응답 수가 다른 두 군(학계, 연구소)에 비해 다소 적은 수였다는 점에서 한계가 있었다. 그러나 전체 응답자들의 경력 및 학문에 기여한 것을 보았을 때, 연구주제와 관련하여 오랜 시간 쌓아온 것으로 사료되었고, 이러한 부분에서 한계점이 보완 가능한 것으로 보았다. 향후 연구에서는 분야별 응답자 수를 비슷하게 맞추어 고른 분포의 결과를 얻을 수 있도록 고려할 필요가 있다.

Acknowledgments

이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2022R1F1A1064096).

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