바이오매스와 화석 원료를 한 공정에서 함께 처리할 때,
연료에 담긴 바이오 함량을 어떻게 측정하고 온실가스를 어떻게 나누는가.
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전량 화석 운전에서 수소 10 t, 코프로세싱 운전에서 수소 13 t을 썼다면 초과 투입은 13 − 10 = 3 t이다. 이 3 t이 바이오 원료 때문에 더 쓴 몫이다.
1단계 수소 배출량 = 3 t · EF수소
EF수소: 수소 1 t을 만드는 데 따른 배출계수(kgCO2eq/t). 10·13은 설명용 숫자이다
둘 이상의 원료를 하나의 공정 단위에서 동시에 처리하는 것이 코프로세싱(Co-processing)이다. ISCC EU에서는 특히 바이오매스 원료와 화석 원료를 물리적으로 섞어 함께 처리하는 경우를 가리킨다.
원료 A와 B가 같은 반응기에서 같은 조건(온도·촉매·체류시간)으로 처리되어 산물 C와 D가 나온다. A가 곧 C, B가 곧 D인 것은 아니다. 두 원료가 섞여 함께 반응한다는 점이 핵심이다.
기존 화석 연료용 정유·운송·저장 인프라를 그대로 활용하면서, 일부 산물을 바이오 유래로 만들어 재생에너지지침(RED) 목표에 기여할 수 있기 때문이다. 같은 정유소로 휘발유·항공유·경유의 일부를 바이오로 전환한다.
· 위임규정 (EU) 2023/1614 — 코프로세싱(바이오+화석 물리 혼합) 정의
· 위임규정 (EU) 2023/1640 — 바이오 함량 산정과 GHG 평가 규칙, ¹⁴C 시험을 표준으로 도입
· ISCC 203-01 코프로세싱 가이던스 — 위 법령을 인증 절차로 번역
이 규정 때문에 코프로세싱 연료는 임의로 바이오 함량을 정할 수 없고, 정해진 방법으로 실제 측정해야 한다.
같은 반응기에서 바이오 원료와 화석 원료가 함께 변환되어야 코프로세싱이다. 몇 가지 경우를 본다.
| 사례 | 판정 |
|---|---|
| 화석 원유 + UCO 를 수소첨가처리 → 경유 | 예 |
| 화석 원료를 바이오수소로 처리 | 예 |
| 식물유를 화석 수소로 수소화 → HVO | 아니오 · 화석수소는 GHG로 반영 |
| 바이오 원료 없는 일반 정유 | 아니오 |
순수 식물유를 화석 수소로 처리한 HVO는 코프로세싱이 아니다. 화석 수소의 영향은 GHG 값(높은 배출)으로 반영되기 때문이다. 반대로 화석 원료를 바이오 수소로 처리하면 코프로세싱이 될 수 있다.
다음 중 ISCC EU 코프로세싱에 해당하는 것을 모두 고른다. (복수 정답)
바이오와 화석이 같은 공정에서 함께 변환되면 코프로세싱이다. UCO+원유(1), 바이오수소로 화석 처리(2)가 해당한다. 화석수소 HVO는 GHG로 반영되고, 일반 정유는 바이오가 없어 해당하지 않는다.
시스템 경계는 바이오와 화석 원료가 함께 투입되는 지점(co-feeding)부터 코프로세싱 연료로 나가는 지점까지이다.
경계는 하나의 처리 장치(예: 수소첨가처리기)일 수도, 정유소 설비 전체일 수도 있다. 현장의 인프라와 공정 흐름에 따라 사업자가 설정한다. 이 경계가 정해져야 어디서 ¹⁴C 시료를 뜨는지가 정해진다.
코프로세싱의 시스템 경계를 가장 잘 설명한 것은?
경계는 공동 투입 지점 ~ 코프로세싱 연료 배출 지점이며, 현장에 따라 단일 처리 장치일 수도 정유소 전체일 수도 있다.
아니다. 입력의 10%가 바이오여도, 각 산물의 바이오 함량은 서로 다르다. 바이오매스와 화석은 화학 구조가 달라 같은 조건에서도 다른 반응 경로를 타기 때문이다.
식물유는 산소를 포함하고 세 갈래 사슬이 머리기로 묶인 구조인 반면, 화석은 대부분 탄소·수소로만 이뤄진다. 구조가 다르니 오프가스·경질유·중질유에 바이오가 고르게 들어가지 않는다.
"10% 들어왔으니 아무 산물이나 10%를 바이오로 치자"거나 "모든 산물에 10%씩"이라고 임의로 정할 수 없다. 규정은 각 산물의 바이오 함량을 실제 측정(¹⁴C)하도록 요구한다.
코프로세싱 연료의 바이오 함량은 어떻게 정해야 할까?
산물마다 바이오 함량이 다르므로 실제 측정이 원칙이다. 비례 배분이나 자유 배분(cherry picking)은 허용되지 않는다.
사업자는 주 시험 방법(main testing method)을 고를 수 있다. 다만 어느 쪽이든 ¹⁴C가 공통 기준이다.
| 구분 | 주 시험 방법 | ¹⁴C의 역할 |
|---|---|---|
| 직접법 | ¹⁴C 시험 자체 | 매번 직접 측정 |
| 간접법 | mass·energy·yield 모델 | 2차 검증(검·보정) |
규정은 "주 시험 방법"과 "2차 검증 방법"이라고 부르지만, ISCC 가이던스는 이해를 돕기 위해 직접법·간접법으로 부른다. 간접법을 쓰더라도 반드시 ¹⁴C로 검증해야 한다.
탄소에는 세 동위원소 ¹²C · ¹³C · ¹⁴C가 있다. 모든 탄소 물질은 ¹²C·¹³C 비율이 비슷하지만, ¹⁴C는 살아 있던(젊은) 유기물에만 검출될 만큼 남아 있다.
¹⁴C는 방사성 붕괴로 시간이 지나면 사라진다. 반감기는 약 5,700년이고, 약 10번의 반감기(≈6만 년)가 지나면 검출 불가이다. 화석은 수억 년 전 물질이라 ¹⁴C가 거의 없다. 그래서 연료 속 ¹⁴C = 바이오 유래이다.
탄소는 원자번호 6이고, 12·13·14는 질량수이다. ¹⁴C는 붕괴해 질소(¹⁴N)가 된다.
¹⁴C는 탄소의 바이오 여부만 본다. 수소 등 다른 원자의 바이오 기여는 별도로 다뤄야 한다(뒤의 바이오수소).
¹⁴C는 두 방법으로 측정한다. 둘 다 고체·액체·기체 시료를 다룰 수 있다.
| 기법 | 원리 | 특징 |
|---|---|---|
| AMS (가속기 질량분석) | 개별 탄소 원자를 세어 ¹²C/¹³C/¹⁴C 구분 | 감도 매우 높음 |
| LSC (액체섬광계수) | ¹⁴C 붕괴 시 나오는 베타선(빛)을 계수 | 감도 중간 |
바이오 함량이 매우 낮을 때는 저농도에 강한 AMS가 유리하다. 사업자가 원료 혼합·전환 특성을 고려해 설비에 맞는 기법을 선택한다.
¹⁴C 시험에 대한 설명으로 옳은 것은?
¹⁴C 반감기는 약 5,700년이고 화석에는 거의 없어, 연료 속 ¹⁴C는 바이오 탄소를 뜻한다. ¹⁴C는 탄소 기반 함량만 본다(수소 제외).
직접법은 코프로세싱 산물 시료를 인증 실험실에 보내 ¹⁴C를 측정하고, 그 결과를 산물의 질량·에너지 흐름에 적용한다.
¹⁴C는 탄소 기반 함량만 주므로, 이를 질량이나 에너지 기준의 바이오연료 주장으로 바꾸려면 사업자가 환산 계산을 해야 한다. 직접법은 매 배치마다 측정해야 해 시험 빈도가 높다.
간접법은 공정 데이터를 넣으면 바이오 함량을 예측하는 모델을 쓰고, 그 예측을 ¹⁴C로 검증·보정한다.
"UCO를 질량 기준 10% 넣으면 경유에 바이오가 약 9% 나온다"처럼 모델이 예측한다. 매번 측정하는 대신 주기적으로 ¹⁴C를 떠서 모델이 실제와 맞는지 확인하고, 어긋나면 모델을 고친다.
간접법의 주 시험 방법은 다음 중에서 고른다. 셋 다 뿌리는 질량·에너지 보존이며, 모두 ¹⁴C 검증이 필수이다.
| 방법 | 비교 대상 |
|---|---|
| 매스밸런스(mass balance) | 들어온 질량 ↔ 나간 질량 |
| 에너지밸런스(energy balance) | 들어온 에너지 ↔ 나간 에너지 (질량×LHV) |
| 수율(yield) | 원료 질량 ↔ 원하는 산물 질량 |
어떤 모델을 쓰든, 그 예측은 ¹⁴C로 캘리브레이션(검·보정)되어야 유효하다. 캘리브레이션 없는 기본값 적용은 인정되지 않는다.
여기서 매스밸런스는 공정의 기술적 물질수지로, 블록 4의 ISCC 매스밸런스(장부상 크레딧 추적)와는 다르다. 코프로세싱 경계로 들어온 질량과 나간 질량을 맞춘다.
인증 산물뿐 아니라 오프가스·폐수·고형 잔사 같은 손실 물질도 포함해 전체 물질수지를 닫아야 한다. 원료·산물의 수분과 비연료 불순물도 고려해야 실제 연료로 전환되는 몫이 정확해진다.
모델이 오프가스 2%·경질유 3%·중질유 5%로 예측했는데 ¹⁴C 실측이 4%·3%·3%라면, ¹⁴C 결과가 최종이다. 그 결과로 모델을 다시 보정한다. 원소분석(C·H·O·N·S)·근사분석이 보조 근거가 된다.
에너지밸런스는 질량 대신 에너지로 맞춘다. 에너지 = 질량 × LHV이며, 스팀·열·메탄 같은 공정 투입 에너지도 포함한다.
입력의 바이오 에너지 비율을 산물에 적용하며, 산물마다 다르면 산물별 전환계수로 ¹⁴C에 맞춘다.
수율 방법은 수율계수로 바이오 함량을 예측한다. 계수는 정해진 기준 운전조건에서만 유효하고, 원료가 바뀌면 값도 바뀐다. 새 수율계수는 ¹⁴C로 검증해야 하며, 회원국이 정한 계수라도 실제 공정에서 ¹⁴C 확인이 필요하다.
간접법(매스·에너지·수율 모델)에 대한 설명으로 옳은 것은?
어떤 간접법이든 예측은 ¹⁴C로 검증·보정되어야 한다. 회원국 수율계수도 ¹⁴C 확인이 필요하고, 매스밸런스 방법은 오프가스·폐수 등 손실까지 포함한다.
¹⁴C 시료는 코프로세싱 연료가 다른 연료와 혼합되기 전에 떠야 한다. 화석이든 바이오든 섞이면 측정이 흐려진다.
| 설비 구성 | ¹⁴C 기법 |
|---|---|
| 상호 연결된 설비 (물질이 이어짐) | 같은 기법을 써야 함 |
| 독립된 설비 (물질 연결 없음) | 서로 다른 기법 허용 |
연료가 되지 못하고 오프가스·폐수로 빠진 탄소도 ¹⁴C로 확인해 탄소수지(carbon balance)를 닫는다. 특히 UCO 등 산소가 많은 바이오는 일부 탄소가 CO·CO2로 빠지므로, 오프가스 ¹⁴C가 손실을 설명해 준다.
빈도는 공정에 따라 다르다. 다만 원칙은 이렇다.
주 산정법이 ¹⁴C 분석이 아니면(간접법이면), 그 결과를 ¹⁴C 시험으로 최소 4개월마다 1회 검증해야 한다. 원료가 일정하고 운전조건·설비가 모니터링되며 모델이 견고(robust)해도 이 최소 주기는 면제되지 않고, 모델이 견고하지 않으면 더 자주 해야 한다.
간접법 없이 직접법만 쓰면 사실상 배치마다 훨씬 자주 ¹⁴C를 해야 한다. 견고한 간접법이 있으면 시험 횟수를 줄일 수 있다는 것이 간접법의 이점이다.
¹⁴C 시험 빈도와 시점에 대한 설명으로 옳은 것은?
혼합 전에 측정한다. 간접법을 주 산정법으로 쓰더라도 ¹⁴C 검증 의무는 사라지지 않고, 정해진 최소 주기를 지켜야 한다. 직접법만 쓰면 오히려 훨씬 자주 측정해야 한다.
원료가 전부 화석이어도, 처리에 바이오수소를 쓰면 산물의 일부를 바이오연료로 주장할 수 있다. 단, ¹⁴C로는 안 된다(탄소가 화석이라 ¹⁴C가 안 잡힘). 수소를 봐야 한다.
① 그 수소가 바이오수소임을 증명(인증)
② 재생에너지로 이중 계산되지 않음
③ 그 수소가 최종 연료 분자에 실제로 통합됨 — CHN 원소분석으로 입·출력 수소를 비교해 증명
바이오매스에서 나온 수소, 또는 매스밸런스된 바이오메탄에서 나온 수소가 바이오수소이다. RFNBO(재생전력 기반) 수소는 해당하지 않는다.
바이오수소로 화석 원료를 처리했다. 바이오수소가 연료에 통합되었음을 증명하는 방법은?
탄소가 화석이라 ¹⁴C로는 잡히지 않는다. CHN 원소분석으로 수소가 연료 분자에 통합되었음을 보여야 한다. 바이오수소 인증(요건①)과 이중계산 방지(요건②)도 함께 필요하다.
코프로세싱 정유소의 공정 배출(ep)은 바이오 몫만 떼어내야 한다. 이를 위해 반사실 공장(counterfactual)을 세운다.
같은 공장을 바이오 없이 전량 화석으로 돌린 가상 시나리오이다. 실제 코프로세싱 운전과 비교하려면 용량·투입 원료 에너지·데이터 기간이 모두 같아야 한다. 기준이 어긋나면 전체 계산이 틀린다.
바이오 원료는 화석보다 수소 등을 더 소비한다. 코프로세싱 운전과 반사실 공장의 투입 차이(delta)가 바이오가 추가로 쓴 몫이다.
반사실 공장에서 수소 10톤을 쓰는데 코프로세싱에서 12톤을 썼다면, 초과분 2톤이 바이오 때문이다. 수소·전기·물·촉매·폐기물 모든 투입을 두 시나리오에서 문서화해 차이를 구한다.
초과분(Step 1)만으로는 끝이 아니다. 나머지 투입도 바이오 몫만큼 비례 배분해야 한다.
예: 반사실 수소 10톤, 바이오 비율 10% → 비례 배분 1톤. 특히 전기는 배출의 큰 부분이라 Step 2에서 산출되는데, 이를 빠뜨리면 배출을 크게 과소평가한다.
가장 단순하다. Step 1과 Step 2를 더하면, 코프로세싱 공장을 가상의 바이오 전용 공장으로 분리한 셈이 된다.
| 투입 | Step 1 | Step 2 | 합(Step 3) |
|---|---|---|---|
| 수소 | 2 | 1 | 3 |
| 물 | 0 | 1 | 1 |
Step 3의 배분 투입에 배출계수를 곱해 공정 배출을 구한다. 코프로세싱 ep는 실제값(actual value)만 쓸 수 있고, 분리기본값(DDV)은 쓸 수 없다.
GHG 3단계 가상분할에서 가장 자주 빠뜨리는 단계와 그 이유는?
초과분(Step 1)만 잡고 Step 2(나머지 비례 배분)를 빠뜨리는 실수가 잦다. 전기처럼 배출이 큰 항목이 Step 2에서 나오므로, 빠뜨리면 배출을 크게 과소평가한다.
전체 배출 E = eec + el + ep + etd + eu − esca − eccs − eccr 에서, 코프로세싱에만 적용되는 제약이 있다.
| 항목 | 규칙 |
|---|---|
| eec (원료 재배·수집) | 실제값만 (DDV 불가 — 기본값은 전량 바이오 경로 기준) |
| ep (공정) | 실제값만 (3단계 가상분할) |
| etd (운송·유통) | 분리기본값(DDV) 사용 가능 |
| CCS · CCR | 코프로세싱 설비에는 적용 불가 |
지속가능성 선언서로 들어온 바이오 원료의 상류 배출(biogenic feed-in)은 원료계수(FF)와 배분계수(AF)를 곱해 반영한다. 이 개념은 블록 5(GHG)에서 다룬 것과 같다.
지속가능 특성을 산물에 배분하는 방식은 두 가지이다.
| 방식 | 언제 |
|---|---|
| 비례 배분(proportional) | 서로 다른 물질·다른 제품군 → 투입 비율대로 |
| 유연 배분(flexible) | 물리적으로 동일하거나 같은 제품군 → 자유 배분 |
공정 상류·공정 내부는 서로 다른 물질(바이오·화석)이므로 비례 배분이 고정이다. 바이오 함량을 측정한 하류(downstream)부터 유연 배분이 가능하다.
일단 유연 배분을 택하면 다시 비례 배분으로 되돌릴 수 없다. 코프로세싱으로 더 가공될 중간 산물에는 유연 배분을 쓰지 못한다.
코프로세싱에서 지속가능 특성 배분에 대한 설명으로 옳은 것은?
바이오·화석이 섞이는 상류·공정 내부는 비례 배분이 고정이고, 바이오 함량을 측정한 하류부터 유연 배분이 가능하다. 유연 배분은 되돌릴 수 없고, 추가 코프로세싱될 중간 산물에는 쓸 수 없다.
코프로세싱 인증은 다음 기록으로 뒷받침된다.
· 단순 혼합(mere blending) — 물리·화학 변환 없이 바이오연료와 화석연료를 섞기만 함
· 바이오 첨가제를 화석 경유에 넣기
· 매스밸런스된 바이오메탄 + 천연가스 — 분자 수준에서 바이오 탄소 추적 불가
· 바이오 투입이 불순물 제거에만 쓰이고 최종 연료에 남지 않는 경우
① 정의·경계 — 바이오+화석을 한 공정에서 동시 처리, 경계는 공동 투입 ~ 연료 배출.
② 바이오 함량 — 산물마다 다르므로 실측. ¹⁴C가 공통 표준, 직접법 또는 간접법(¹⁴C 검증 필수).
③ GHG — 반사실 공장 대비 3단계(초과 → 비례 → 합산), Step 2 필수, ep·eec는 실제값만.
④ 배분·기록 — 상류는 비례, 측정 후 하류부터 유연(되돌리기 불가). 시료 2년 보관.
블록 4의 매스밸런스와 블록 5의 GHG 원리가 코프로세싱에서 하나로 합쳐졌다.
블록 8. 인증심사 준비 및 대응 →
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