*편집자주 : 친환경 에너지 자족도시 건설부터 미래 에너지 공급까지, 한양과 보성그룹은 인간과 환경을 위한 지속가능한 미래를 만들어가고 있습니다. 탄소중립 달성을 위한 핵심 기술로 떠오른 CCUS의 개념과 분류, 국내외의 연구 현황을 살펴보며 탄소포집기술의 발전 현황과 에너지 산업의 최근 트렌드를 살펴보시기 바랍니다. 

‘CCUS’란 무엇인가?

전 세계는 현재 기후 위기에 직면하고 있습니다. 기후 변화의 가장 큰 원인은 화석연료의 사용에 따른 온실가스의 배출입니다. 가장 대표적인 온실가스는 이산화탄소로, 지구온난화와 기후 변화를 일으키는 주범입니다. 따라서 대기 중 이산화탄소를 어떻게 줄일 것인가가 전 세계적으로 큰 관건입니다. 차량이나 공장설비와 같은 기존 배출원의 운행을 줄이는 방법도 있지만, 이러한 갑작스러운 사회적‧산업적 체질 개선이 쉽지 않은 것이 현실입니다. 또한, 현재 배출된 이산화탄소를 자연이 모두 흡수하는 것도 불가능한 상황입니다.

이산화탄소를 잡아내어 우리가 원하는 대로 이용하거나 저장할 수 있다면 어떨까요? 배출되어 나온 이산화탄소를 땅속에 저장할 수 있다면, 또는 하나의 자원처럼 활용할 수 있다면 온실가스를 줄이는 데 크게 기여할 수 있을 것입니다. 이처럼 대기 중에 존재하거나 산업에서 발생하는 이산화탄소를 포집(Capture), 활용(Utilization), 저장(Storage)하는 기술을 ‘CCUS(Carbon Capture Utilization Storge)’라고 부릅니다.

 

CCUS는 ‘탄소중립’ 정책에서 매우 핵심적인 기술이라고 할 수 있겠습니다. 이산화탄소를 배출하는 만큼 흡수하여 실질적 배출량을 ‘0(zero)’으로 만든다는 탄소중립 정책은 기후위기를 극복하기 위한 대책으로서, 미국, 유럽 등 선진국을 비롯한 전 세계 국가들에서 수립되고 있습니다. CCUS는 배출된 이산화탄소를 직접 다루는 기술인만큼, 매우 직접적이고 효과적으로 탄소중립 실현에 기여할 것으로 판단되고 있습니다. OECD 국제에너지기구(IEA) 보고서에 따르면, CCUS 기술이 상용화되면 총 감축량의 18% 수준을 담당할 것으로 예상됩니다.

이산화탄소를 저장하는 ‘CCS’와 활용하는 ‘CCU’

 

CCUS는 이산화탄소를 포집하는 기술이 가장 기본입니다. 포집 기술은 여러 가지 물질이 섞인 혼합가스에서 이산화탄소를 선택적으로 포집‧분리하는 것입니다. 이러한 포집 기술은 공정방법에 따라 습식 포집, 건식 포집, 분리막 포집으로 구분되며, 이 가운데 습식이 기술적으로 가장 성숙단계에 이른 것으로 파악되고 있습니다. 

포집 이후 이산화탄소 처리 방법에 따라, CCUS는 CCS(Carbon Capture Storage)와 CCU(Carbon Capture Utilization)로 구분됩니다. CCS는 이산화탄소를 포집하여 땅속에 영구적으로 격리하는 기술입니다. 배출된 이산화탄소를 줄이는 가장 원초적인 접근이라고 할 수 있겠습니다. CCU는 이산화탄소를 포집하여 활용까지 하는 기술입니다. 마치 쓰레기를 재활용하여 새 제품을 만드는 것처럼, 배출된 이산화탄소를 자원화하여 활용함으로써 새로운 부가가치를 창출하는 것입니다.

CCUS는 현재 북미와 유럽, 호주, 동아시아를 중심으로 연구 및 투자가 이루어지고 있습니다. 

이산화탄소 저장(Storage)과 관련해서 미국, 캐나다, 호주 등은 대규모 CCS 프로젝트를 운영하고 있습니다. 저장 규모를 늘려 경제성을 높이고, 투자 리스크를 분산하기 위한 노력이 지속되고 있습니다. 유럽과 호주는 대염수층*에 저장하는 저장 프로젝트를 추진하고 있습니다.

*대염수층 : 염분을 지닌 지하수가 존재하는 지층으로, 오랜 시간 보존된 염수에 이산화탄소를 용해하여 안전하게 저장할 수 있습니다. 다른 지질구조에 비해 저장 용량이 크고 다양한 지역에 분포하고 있어 이산화탄소 저장에 가장 큰 잠재성을 지닌 것으로 판단되고 있습니다. 

국내에서는 최근 이산화탄소 저장용량에 대한 정량적인 파악이 이루어졌습니다. 국내 이산화탄소 저장용량은 약 7억 3,000만 톤으로, 이는 연간 발생하는 이산화탄소 2,400만 톤을 30년 동안 저장할 수 있는 양입니다. 2,400만 톤은 승용차 1,015만 대가 1년 동안 배출하는 이산화탄소와 맞먹는 규모입니다. 추후 기술개발에 따라 더 많은 양을 저장할 수 있을 것으로 예상합니다.

이산화탄소 활용(Utilization)과 관련해서는 유럽을 중심으로 이산화탄소를 수소로 만들어 에너지화하는 화학전환 연구가 진행되고 있습니다. 미국과 유럽은 이산화탄소 기반 고분자화합물을 생산하는 기술을 개발하고 있으며, 일부 제품은 상용화 단계에 이른 것으로 알려지고 있습니다.

CCS와 CCU는 이산화탄소 포집 이후에 처리하는 방향성이 다르기 때문에, 기술적 측면에서 상이할 뿐만 아니라, 경제적 측면에서도 분리하여 고려할 필요가 있습니다. 이산화탄소를 매립 및 저장하는 CCS는 저장규모를 최대화함으로써 경제성을 극대화할 수 있습니다. 즉 땅속에 얼마나 많은 양을 안정적으로 넣을 수 있느냐가 관건입니다. 반면, CCU는 이산화탄소를 활용하여 부가가치를 창출합니다. 따라서 이산화탄소를 활용하여 생산한 최종 제품의 단가, 경쟁 제품 대비 품질 우위 등 시장 경쟁력을 갖출 수 있어야 합니다.

국제에너지기구는 2021년 보고서를 통해, 포집된 이산화탄소는 CCS를 통해 90%가, CCU를 통해 10%가 처리될 것으로 예측하였습니다. 이산화탄소를 활용하는 CCU 기술이 난도가 높고 경제성을 갖추기 어려운 만큼, 아직은 CCS에 좀 더 높은 비중을 두고 있는 것으로 판단되고 있습니다.

 

CCUS 활성화를 위한 국가 정책의 필요성 높아져

CCUS는 탄소중립 실현을 위해 꼭 필요한 기술로, 기후 위기에 적극적으로 대응할 수 있는 미래 먹거리로 주목되고 있습니다. 이에 CCUS와 관련된 범국가적인 정책 개발이 이루어지고 있습니다. CCUS는 기술적으로 난도가 높은 만큼, 관련 설비의 실증 및 상용화를 포함하는 장기적인 연구가 요구됩니다. 이를 위해, 자본력을 갖춘 민간기업의 투자 유치를 지원하기 위한 정책 마련에 대한 필요성도 높아지고 있습니다.

 



향후에는 민간기업의 CCUS 투자에 따른 위험부담 경감 및 경제적 장애 요인을 해소할 수 있는 정부의 제도적 지원이 구체화될 것으로 판단됩니다. 특히, 이산화탄소 배출량이 높은 석유화학, 시멘트, 철강과 같은 산업을 중심으로 투자 확대를 위한 정책을 모색하고 있습니다.

CCUS를 통한 이산화탄소 감축 효과를 산정할 수 있는 기준에 대한 요구도 높아지고 있습니다. 정량적인 감축량 산정 기준이 마련되어야, 얼마나 탄소 감축에 기여했는지에 대한 판단 및 인증이 필요하기 때문이죠. CCUS의 감축량 기여도에 대한 객관적인 평가 방법을 확립한다면, 민간 투자도 크게 확대될 수 있을 것으로 기대됩니다.