1. DME 개요
DME(Di-Methyl Ether)는 지구환경보호와 친환경 에너지 개발의 일환으로 중국, 일본 등 동아시아 중심으로 1990년도부터 기술개발을 통하여 2003년 중국 사천성 Liutianhwa에서 연간 10,000톤 규모로 생산하여 가정, 상업용 연료로 보급한 새로운 합성연료이다. 특히 에너지 다원화와 지구온난화 등 기후변화에 대한 적극적으로 대응하는 방안으로 석유를 대체하고 CO2 또는 환경배출가스의 청정성 등 많은 장점을 가진 연료로 각광을 받고 있다.

DME는 천연가스, 석탄, CBM(Coal Bed Methane), 바이오매스 등 다양한 원료로부터 생산되는 합성연료로 다양한 원료로부터 수소와 일산화탄소로 이루어진 합성가스를 만든 후 DME 합성반응을 통하여 제조된다. DME를 합성하는 방법은 기존의 합성가스로부터 메탄올을 만든 후 메탄올을 탈수해서 제조하는 간접합성 방법과 효율을 높여 신기술로 개발된 합성가스로부터 DME를 직접 합성하는 직접합성법으로 구분된다.

DME는 물성이 LPG와 유사하여 기존의 LPG 유통 인프라구조를 이용하여 저렴한 비용으로 수송용, 가정용 및 상업용으로 보급이 가능한 연료이다. 최근 소형 LPG 보급사업이 농어촌지역에서 활발히 진행되고 있는 상황에서 보다 값싼 DME를 유통규조가 단순화된 시장에서 LPG와 DME를 혼합한 연료보급은 새로운 사업다각화가 될 수 있을 것으로 보여진다. 또한 자동차용 경유보다 세탄가가 높아 압축착화가 가능하기 때문에 디젤기관의 경유 대체연료로서 활용이 가능하고, 분자구조 내에 탄소-탄소간 결합이 없기 때문에(CH3-O-CH3) 연소시 매연이 거의 배출되지 않는 청정연료로서의 특성을 지니고 있다. 따라서 전 세계적으로 각국의 지리적 및 환경적 특성에 맞는 원료물질로부터 DME 생산과 보급을 위한 기술개발 및 정책연구들이 활발하게 진행되고 있다. 특히 탄소 제로를 추구하고 있는 바이오매스를 원료물질로 DME 생산을 위한 기술도 유럽을 중심으로 실증플랜트를 운영하는 등 활발히 연구되고 있다.

<그림1> 스웨덴 Chemrec사의 Bio DME 실증 플랜트 및 DME 충전소

2. DME 제조기술
DME 합성공정은 크게 두 가지로 구분할 수 있는데 먼저 합성가스로부터 메탄올을 합성한 후 다시 메탄올 탈수반응을 통하여 DME를 합성하는 간접법과 천연가스로부터 DME를 직접 합성하는 직접법으로 구분된다.

DME 간접합성법은 메탄올 합성반응에 탈수반응을 추가하여 DME를 생산하는 방법이다. 따라서 기존에 있는 메탄올 합성 플랜트에 탈수반응을 할 수 있는 반응기를 추가하면 쉽게 DME룰 얻을 수 있는 것이 장점이다.

그러나 전체 공정상 반응 효율이 떨어지고 전체공정을 새로 설치할 경우 촉매 및 반응기가 2개 필요 하는 등 장치비가 증가하는 단점이 있다.

DME 직접합성법은 DME 간접합성법의 단점을 보완하고 하나의 촉매와 반응기에서 DME를 합성하기 위하여 개발되었다. 일본의 JFE, 미국의 Air product, 덴마크의 Haldor Topsoe 그리고 한국의 KOGAS가 신기술로 개발하였다. DME 직접합성법은 하나의 촉매와 반응기에서 DME를 직접 생산하기 때문에 장치비 및 운전비용이 상대적으로 적고 부산물로 메탄올을 생산할 수 있어 선택적으로 메탄올/DME를 제조할 수 있다. 또한 공정 효율이 높아 DME생산을 위한 공정으로서 최적화 되어 있다. 그리고 부산물로 생산된 메탄올은 회수하여 CO2 제거를 위한 흡수제로 사용할 수 있어 공정 효율은 더욱 높아진다.
<그림2> DME 직접합성 및 간접합성 공정

4. 해외사업
한국가스공사에서는 DME 생산기술을 해외에 수출하기 위하여 다양한 노력을 기울이고 있다. 특히 해외 가스전 또는 공급되는 천연가스로부터 DM를 직접 생산하는 기술을 적용하여 해외 플랜트를 건설하여 DME를 생산하고 생산 국가 및 주변국가에 DME를 판매하거나 국내로 도입하는 상용화사업을 추진하고 있다. 현재까지 많은 천연가스 보유국과 사업을 위한 협의를 추진해 왔으며 예비사업타당성 조사 결과 말레이시아, 나이지리아 그리고 몽골 등 사업성이 높은 것으로 나타났다.

1) 말레이시아
말레이시아 사바주의 경우 천연가스 생산량이 풍부하지만 상대적으로 원유 생산이 부족하다. 따라서 천연가스는 수출하지만 상대적으로 값비싼 LPG, 경유 등을 수입하기 때문에 에너지 수급비용에 있어 매우 불리한 실정이다. 더욱이 관광지가 많은 말레이시아는 디젤 차량으로 인한 환경오염을 줄이고자 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 상황에서 DME 연료는 천연가스로부터 생산되는 합성연료이고 디젤연료를 대체할 수 있기 때문에 말레이시아에서 DME 생산 및 활용시 에너지 확보의 불합리성을 해소할 수 있으며 환경오염도 줄일 수 있다.

한국가스공사는 말레이시아 사바주정부 산하기관과 MOU를 체결하고 DME 상용화 사업을 추진하고 있다. 2013년 5월에 상세사업타당성 조사를 완료하였고 7월에 말레이시아 주정부로부터 사업승인서를 받음으로써 향후 국내외 Offtaker와 협약 후 말레이시아 가스공급승인사인 페트로나스와 가스가격, 가스공급량, 부지선정 등을 포함한 HOA(Head of Agreement)를 체결할 예정에 있다.

해당 지역은 SOGIP(Sipitang Oil & Gas Industrial Park) 공업지역으로 원료가스 공급은 ‘Bintulu ~ Kimanis’로 연결되는 천연가스 공급 배관에서 공급된다. 각종 유틸리티(전기, 용수 등)도 주변 도시에서 공급되는 지역으로 현재 비료공장이 건설되고 있는 신흥 공업 지역이다. 여기에 연산 30만톤의 DME 생산 플랜트를 건설하여 사바주의 부족한 에너지를 충당하고 주변국으로 수출할 수 있어 사업성이 높을 것으로 기대된다.

2) 나이지리아
나이지리아는 풍부한 원유 및 천연가스 자원을 가지고 있는 나라이지만 Flaring gas 세계 최대 발생지역으로 버려지는 가스가 많아서 효율적으로 자원을 관리 및 활용하는 방안이 시급한 상황이다. 이러한 잉여의 가스를 활용하여 DME를 생산하면 나이지리아 및 주변 국가에 디젤대체연료로서 보급이 가능하다.

한국가스공사는 나이지리아 Onne 지역에 연산 60만톤 DME 생산 상용 플랜트 사업을 추진하고 있으며 2012년 8월 MOU를 체결하고, 12월 사업타당성 조사가 완료되었다. 향후 나이지리아 현지 Due Diligence를 추진하는 등 사업을 위한 준비를 수행하고 있다.

3) 몽골
몽골에서는 풍부하게 매장되어 있는 석탄을 활용하는 방안으로 석탄 개질가스를 원료로 DME를 생산하는 사업이 추진되고 있다. 기존의 석탄개질 공정에서 발생한 부생가스를 공중으로 태워 버리는 일반 공정과 달리, 이 가스를 이용하여 DME연료와 전기를 생산하여 공급하는 방식으로 기존의 방식보다 더 높은 사업성을 확보할 수 있다. 특히 울란바토르에서 가까운 신도시 개발에 DME 연료를 공급하는 방안이 검토되고 있어 신도시의 발전 및 가정, 수송용으로 보급될 경우 몽골의 대기 환경 개선 및 에너지 확보에 이바지할 것이다.
 

5. 전망