초판발행 2026. 9. 10

기후위기 대응과 탄소중립 사회로의 전환은 이제 특정 국가나 산업에 국한된 선택의 문제가 아니라, 전 세계가 함께 풀어가야 할 시대적 과제가 되었습니다. 전력, 산업, 수송, 건물 등 사회 전반에서 온실가스 감축을 위한 노력이 확대되고 있으며, 특히 에너지 소비와 배출이 집중되는 수송 및 산업 부문에서는 기존 화석연료 중심의 에너지 체계를 근본적으로 재검토해야 하는 상황에 놓여 있습니다.

이러한 전환의 과정에서 탄소중립연료는 중요한 대안 중 하나로 주목받고 있습니다. 재생에너지와 전동화 확대가 탄소중립 달성을 위한 핵심 수단임은 분명하지만, 모든 부문이 단기간에 전동화될 수 있는 것은 아닙니다. 장거리 해운, 항공, 중대형 상용차, 고온 산업공정, 분산발전 등 일부 영역에서는 높은 에너지밀도, 기존 인프라와의 연계성, 저장 · 운송의 용이성 등을 갖춘 액체 및 기체 연료의 역할이 여전히 중요합니다. 이때 바이오연료, e-fuel(수소, 암모니아, 메탄올 포함), SAF 등 다양한 탄소중립연료는 기존 에너지 시스템의 한계를 보완하고, 탄소중립 이행 과정에서 실질적인 감축 수단으로 기능할 수 있습니다.

본 도서는 탄소중립연료의 정의, 생산방식, 각 연료가 지닌 물리 · 화학적 특성과 연소 특성, 그리고 육상 · 해상 · 항공 및 분산발전 분야의 활용에 대해서 정리하고자 하였습니다. 또한 국내외 정책과 규제 동향, 주요국의 NDC 및 탄소중립 전략, 산업별 실증 사례를 함께 소개함으로써 탄소중립연료가 단순한 미래 기술이 아니라 현재 산업과 정책 현장에서 논의되고 있는 실질적 과제임을 보여주고자 하였습니다.

제1장의 기후위기와 탄소중립 요구를 시작으로, IEA 탄소중립 시나리오, 국제사회의 대응과 NDC, 대한민국의 2035 NDC 목표, 주요국 동향, 에너지 안보 관점에서 탄소중립연료의 필요성, 그리고 향후 정책적 대응 방향을 다루었습니다. 탄소중립연료 논의의 배경과 필요성을 이해할 수 있는 기초를 제공하고자 하였습니다.

제2장에서는 탄소중립연료의 정의와 생산공정, 그리고 주요 연료별 특성을 정리하였습니다. 바이오 기반 연료, e-fuel, 수소 생산, 이산화탄소 포집 등 생산 경로를 설명하고, 수소, 메탄올, 에탄올, 암모니아, 바이오디젤, HVO, SAF, DME, OME, e-가솔린, e-디젤, e-나프타 등 다양한 연료의 물리 · 화학적 특성과 연소 특성을 비교하였습니다. 사계 최고의 전문가들을 집필위원으로 모셔서 각 연료 혹은 응용분야별로 최신 기술을 밀도 있게 구성하였습니다. 다양한 연료의 생산 공정은 전기원, 조원준, 천동현 위원께서 집필을 맡아 주셨으며, 각 생산 공정의 이해 및 특성을 이해하는 데 중점을 두었습니다. 각 연료의 물리 · 화학적 특성 및 연소 특성, 각 산업 분야에서의 적용은 박성욱(암모니아), 정재우(수소), 정기훈(HVO), 문석수(OME), 박철웅(암모니아), 오세철(naphtha), 류영현(DME), 황준식(바이오디젤), 장진영(분산발전), 유종익(SAF), 김재훈(바이오) 위원이 집필을 맡아주셨고 이를 바탕으로 재구성 하였습니다. 또한 3장, 4장에서 소개되는 각 산업 분야에서의 적용 및 연구개발 실증 사례 또한 각 위원분들께서 집필에 도움을 주셨습니다.

제3장에서는 각 산업 분야에서 탄소중립연료가 어떻게 적용될 수 있는지를 살펴보았습니다. 먼저 육상, 해상, 항공 분야를 중심으로 국내외 규제 동향을 정리하였고, 이어 각 수송 부문에서 탄소중립연료의 활용 가능성과 기술적 과제를 검토하였습니다. 이 장은 산업별 특성과 규제 환경을 함께 고려하여 탄소중립연료의 실제 적용 방향을 제시하고자 하였습니다.

제4장에서는 탄소중립연료의 생산 · 공급 및 산업별 연구개발 · 활용 실증 사례를 정리하였습니다. e-fuel 및 합성연료 생산, e-메탄올 생산, 바이오 기반 재생연료 생산, 수소 · 암모니아 생산 및 공급 인프라 실증 사례를 검토하였으며, 육상 · 해상 · 항공 분야에서 진행되고 있는 다양한 탄소중립연료 연구개발 및 활용 사례를 함께 소개하였습니다. 또한 분산발전 분야에서 탄소중립연료가 가질 수 있는 가능성도 함께 다루었습니다.

제5장에서는 앞선 논의를 바탕으로 탄소중립연료의 의미와 향후 과제를 종합하였습니다. 탄소중립연료는 특정 연료 하나의 문제가 아니라, 재생에너지, 수소, 이산화탄소 포집 · 활용, 바이오매스, 연료 합성기술, 기존 인프라, 국제 규제, 산업 생태계가 서로 맞물려 작동하는 복합적인 전환 과제입니다. 따라서 기술개발뿐만 아니라 제도, 인증, 경제성, 공급망, 국제협력, 수요 창출이 함께 이루어져야 하며, 본 도서가 이러한 논의를 확장하는 데 작은 기반이 되기를 기대합니다.

이 책이 완성되기까지 많은 분들의 노고와 협력이 있었습니다. 바쁜 일정 속에서도 각자의 전문 분야에 대한 원고를 집필해 주신 집필위원 여러분께 깊이 감사드립니다. 또한 원고의 방향 설정, 자료 검토, 내용 보완, 편집 및 교정과정에 함께해 주신 김진수 박사께도 진심으로 감사의 말씀을 드립니다. 특히 탄소중립연료라는 폭넓고 복합적인 주제를 하나의 체계적인 흐름으로 정리하기 위해 많은 논의와 검토가 필요했으며, 이 과정에서 많은 분들이 보내주신 조언과 협조는 본 도서의 완성도를 높이는 데 큰 힘이 되었습니다.

본 도서는 탄소중립연료에 관한 모든 해답을 제시하기보다는, 탄소중립연료가 무엇이며, 현재 논의되고 있는 주요 기술과 정책, 산업 동향을 정리하고 앞으로의 방향을 함께 모색하기 위한 출발점에 가깝습니다. 탄소중립연료는 아직 경제성, 생산 규모, 인증체계, 원료 확보, 온실가스 감축 효과 산정 등 여러 과제를 안고 있습니다. 그러나 동시에 기존 에너지 시스템과 미래 탄소중립사회를 연결하는 중요한 가교 역할을 할 수 있는 분야이기도 합니다.

아무쪼록 이 책이 정책 담당자, 산업계 관계자, 연구자, 학생, 그리고 탄소중립연료에 관심을 가진 모든 독자들에게 유용한 참고자료가 되기를 바랍니다. 더 나아가 우리나라가 탄소중립연료 분야에서 기술적 · 산업적 경쟁력을 확보하고, 지속가능한 에너지 전환을 실현하는 데 작은 보탬이 되기를 기대합니다.

끝으로 발간을 위해 함께해 주신 박영사를 포함한 모든 분들께 다시 한 번 깊은 감사의 뜻을 전하며, 본 도서는 탄소중립연료 생태계 조성 로드맵연구의 일환으로 작성되었으며, 대한석유협회, 한국자동차모빌리티산업협회, 한국항공협회, 한국해운협회, 한화토탈에너지스에 감사의 말씀을 드립니다.

2026년 8월

배충식

대표 편저자

배충식

서울대학교 항공공학과 졸업(학사)

서울대학교 항공공학과 대학원 졸업(석사)

Imperial College London 대학원 졸업(박사)

한국과학기술원 기계공학과 교수(1998~현재)

동경공대(Institute of Science Tokyo) 특임 교수(2012~2019)

연소기술연구센터 소장(2012~현재)

한국과학기술원 기계공학부 기계공학과 학부장 및 학과장(2014~2017)

한국과학기술원 공과대학 학장(2019~2021)

코로나대응 과학기술 뉴딜사업단 단장(2020~2022)

탄소중립연료 기술 심포지움 조직위원장(2023~현재)

외교부 과학기술외교자문위원회 기후분과 위원장(2023~2025)

탄소중립연료기술연구회 회장(2024~현재)

한국과학기술원 제18대 총장(2026~현재)

차례

CHAPTER 01 서론

CHAPTER 02 탄소중립연료의 정의

CHAPTER 03 각 산업에서의 탄소중립연료 적용

CHAPTER 04 탄소중립연료의 생산 · 공급 및 산업별 연구개발 · 활용 실증 사례