스토리

한국에너지기술연구원 탄소전환연구실  •  김영은

한국가스기술공사는 기후변화로 인한 다양한 갈등과 재난을 막기 위해 수소 에너지 활용과 ESG 경영 등 다양한 방법으로 노력하고 있다. 특히 최근에는 탄소중립 실현을 위해 이산화탄소의 포집과 활용, 저장 기술을 뜻하는 CCUS 기술 확보와 활용을 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 이번 호에서는 CCUS 기술은 무엇인지, 어떤 의미를 가지고 있는지, 한국가스기술공사는 CCUS 기술의 활용을 위해 어떤 노력을 하고 있는지 알아본다.

기후변화, 기후위기, 기후재난... 우리 모두의 위기

올해 11월에 개최된 제26차 유엔 기후변화협약 당사국 총회(Climate Change Conference, COP26)에서는 언뜻 보기에 연관성이 없어 보이는 두 인물, 시리아 난민 소녀를 상징하는 인형 ‘리틀 아말’과 남태평양의 섬나라 투발루의 ‘사이먼 코페’ 외무장관이 주목받았다.

시리아 난민 문제의 직접적인 원인은 내전이지만 또다른 중요한 요인으로 기후변화가 꼽힌다. ‘10년 여름 폭염과 가뭄이 러시아를 강타하여 밀 생산량이 감소하자 곡물 수출이 제한되면서 전 세계적으로 식량 가격이 폭등하였다. 이 여파가 시리아까지 미쳐 폭동이 발생하였고, 정부의 폭압과 ‘아랍의 봄’까지 더해지면서 내전이 발생하였다. 연구자들은 시리아를 비롯한 유럽 남부와 아프리카, 남아시아의 기후변화가 기온 상승과 물 부족 같은 환경변화를 일으켜 식량 안보와 보건에 영향을 미칠 수 있다는 관측을 내놓고 있다.

사이먼 코페 외무장관은 기후변화로 인해 수몰 위기에 놓인 투발루의 현실을 알리기 위해 수중에 연단을 세워놓고 성명을 발표하였다. 그가 연설한 지역은 한때 육지였으나 지금은 허벅지까지 물이 차오를 만큼 해수면이 상승한 상태였다.

이 두 사례는 기후변화 문제가 기후위기를 넘어서 인간과 생태계 생존과 직결된 기후재난에 이르고 있으며, 일부 국가의 문제가 아닌 전지구적 문제로 확대되고 있음을 보여준다.

기후재난의 티핑 포인트 1.5℃

기후변화의 심각성을 인지하고 국제적인 공동 대응의 필요성을 강조한 지는 오래되었지만, 최근에야 실효성 있는 대책이 마련되고 있다. 국제사회는 기후변화 문제를 해결하기 위해 1992년 유엔 기후변화협약(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)을 채택하고, 1997년 교토의정서를 통해 국가 단위의 온실가스 감축 의무를 부여했으나 이행에 실패하였다. 이후 개도국과 선진국이 모두 참여하는 신기후체제가 제안되었으나 합의는 도출되지 않았고, ’15년 파리협정이 채택되고 나서야 195개 모든 당사국에게 감축 의무가 부과되어 온실가스감축목표(Nationally Determined Contribution, NDC)를 수립하게 되었다.

과학자들은 지구 평균기온 상승의 티핑 포인트(Tipping Point)가 1.5℃에서 2℃ 사이에 있을 것으로 예측하고 있다. 이러한 예측을 기반으로 지구 평균기온 상승을 산업화 이전 대비 1.5℃ 이내로 제한하기 위해 노력한다는 전 지구적 장기목표 하에 파리협정이 발효되었으며, 영국, 프랑스, 캐나다, 일본 등에서는 이행을 위해 탄소중립(Net-Zero)을 선언 및 법제화하였다.

우리나라는 지난해 말 2050 탄소중립을 선언한 후, 지난 9월 ‘기후위기 대응을 위한 탄소중립·녹색성장 기본법(약칭: 탄소중립기본법)’을 공포함으로써 세계에서 14번째로 탄소중립을 법제한 국가가 되었다. 이어서 지난 11월 1일 COP26에서는 기존 목표치보다 상향된 2030 NDC(’18년 온실가스 배출량 대비 40% 감축)를 발표하고 본격적으로 탄소중립 이행에 돌입하였다.

탄소중립 실현을 위한 브릿지기술, CCUS

국제에너지기구(International Energy Agency, IEA)는 에너지기술전망(Energy Technology Perspectives, ETP)(’20) 에서 탄소중립 달성은 전기화, CCUS, 바이오 연료, 수소 기술의 빠른 혁신에 달려 있다고 보고하였다. 주요국들의 탄소중립 정책에서도 공통의 핵심기술이 나타나 있으며, 이 기술들을 중심으로 막대한 예산을 투입하여 기술력 확보에 주력하고 있다. 국내외 전문가들은 CCUS가 에너지 전환의 브릿지(Bridge)기술로서 큰 역할을 할 것으로 전망하고 있다. 기존 화석연료 기반의 고탄소 에너지 경제구조에서 신재생에너지 기반의 저탄소 경제로 전환하기까지 상당한 시간과 재원이 소요되므로 CCUS 기술 없이 온실가스 배출량 제로에 도달하는 것은 불가능하기 때문이다. 또한 CCUS는 탄소감축이 어려운 산업에서 기존 인프라를 활용하여 탄소제거가 가능하다는 점에서 주목받고 있다.

우리나라는 ‘대한민국 2050 탄소중립 추진전략(’20) ’, ‘탄소중립 산업·에너지 R&D 전략(’21) ’ 등의 보고서를 통해 탈탄소를 위한 주요 감축수단으로 CCUS를 제시하였다. 또한 CCUS 기술을 활용하여 전력 부문과 산업 부문에서 ’30년 10.3백만톤(2030 NDC), ’50년 55.1~84.6백만톤(2050 탄소중립 시나리오)을 감축하겠다는 계획 및 시나리오를 발표하고, 구체적인 정책수립을 위한 박차를 가하고 있다.

이산화탄소 포집·활용·저장(Carbon Capture, Utilization, and Storage, CCUS) 기술은 이산화탄소를 포집·저장하는 CCS 기술과 포집·활용하는 CCU 기술을 포함한다. 자세히 설명하면 CCS는 주로 대규모 점오염원에서 포집된 이산화탄소를 압축·수송하여 지중 및 해양에 저장하는 기술이다. 한편 CCU는 포집된 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 혼합가스를 비전환과정 (용매, 작동유체, 열전달)에 활용하거나 전환과정 (화학적, 생물학적, 전기화학적)을 거쳐 유용한 화합물 및 연료를 생산하는 기술이다. 높은 운영 비용과 낮은 수익성은 CCUS 도입에 걸림돌이 되고 있으나, 기술발전과 탄소배출가격 상승으로 인해 비용 하락이 예상되고 있다.

이산화탄소 포집은 흡수, 흡착, 막분리 등을 통해 배가스로부터 이산화탄소를 분리·정제하여 포집하는 기술이다. 현재까지 알칼리 수용액을 이용한 습식 흡수기술이 상용화에 가장 가까운 것으로 알려져 있으나 흡수제 재생에너지 저감과 열화물질에 대한 인체 및 환경 안전성 검토가 요구되고 있다. 미국과 캐나다는 자원 회수율을 높이기 위해 원유회수증진(Enhanced Oil Recovery, EOR)에 이산화탄소를 활용하고 있고, 노르웨이는 지중저장하고 있지만 우리나라는 이런 저장소가 부족하기 때문에 CCU 기술을 통한 전환이 필요하다.

미국은 ‘45Q Tax Credit’과 같은 정책적 인센티브를 통해 전세계 CCUS 시장에서 높은 점유율을 차지하고 있으며, 향후 영국, 네덜란드 등 국가의 확대 계획이 발표되어 시장이 커질 것으로 전망되고 있다. 전세계 CCS 기술 보유 기업은 실증 단계인 MTR, ION, 시범사업 단계인 Carbon Engineering, Calix, 다년간 플랜트 운영경험이 있는 Mitsubish, Aker Carbon Capture가 있으며, 탄산광물화 분야의 Solidia, CarbonCure, 화학전환 분야의 Sunfire, Convestro 등이 있다. 화학전환 분야에서 일본 Asahi Kasei의 에틸렌카보네이트, EU Covestro의 폴리우레탄 생산과 같은 일부 고분자 관련 제품은 상용화에 성공하였다.

국내 이산화탄소 포집기술은 중규모 실증이 완료된 상태이지만(10 MW급 습식공정: KoSol Process, 10 MW급 건식공정) CCUS 기술 전체로 보았을 때 국외에 비해 개발속도가 더딘 편으로, 상용화하기에는 기술수준이 아직 미흡한 실정이다. 특히 포집기술은 한전, 한국에너지기술연구원, 포항산업기술연구원을 중심으로 발전 및 산업 (시멘트, 철강, 바이오가스) 적용 연구가 이루어진 반면, CCU 기술은 CCS 기술에 비해 기술성숙도 (Technology Readiness Level, TRL)가 낮고 일부 기술이 파일럿 실증 연구 중이나 상용화 사례는 전무한 실정이다. 따라서 한국에너지기술연구원, 한국과학기술연구원, 한국화학연구원 등에서는 전기화학적 또는 화학적 전환에 의해 다양한 C1 화합물 (일산화탄소, 포름산염)과 C2+ 화합물 (올레핀, 알코올 등), 탄산칼슘 등을 생성하는 연구의 원천기술을 확보하고 TRL을 높이는 연구를 진행 중이다.

블루수소 사업의 성공여부를 결정지을 CCUS

최근 수소 기술이 탄소중립을 위한 핵심기술 중 하나로 인식되면서, 수소 생산 및 이용과 관계된 CCUS 기술이 새롭게 조명되고 있다. 환경적인 측면을 고려했을 때 신재생에너지 기반의 그린수소가 이상적이지만 현재 기술력으로 경제성 확보가 어려워 메탄에서 수소를 추출하되 CCUS를 활용하는 블루수소가 현실적인 대안으로 제시되고 있기 때문이다.

가스기술공사 조용돈 사장은 지난 9월 ‘탄소중립 및 수소경제 활성화를 위한 업무 협약식’을 진행하면서 “시대적 흐름인 탄소중립 실현과 수소경제 활성화를 위해 최선의 노력이 필요하다”며 “특히 수소 추출시 발생하는 이산화탄소를 CCUS 기술로 활용하는 것이 필수”라고 밝혔다. 이와 관련하여 가스기술공사는 국내외 글로벌 기업, 전문가들과 함께 업무협약을 체결하고 긴밀히 협력하고 있다. 이를 위한 첫 발걸음으로 제이플에너지, 에너아이디어와 업무협약을 체결하고, 탄소중립과 수소경제 활성화를 위한 신산업 발굴을 위해 협력하기로 하였다. 제이플에너지는 이산화탄소를 포집해 고순도 탄산광물화 제품을 제조하는 동시에 미세먼지를 제거하는 기술을 보유하고 있다.

한국가스기술공사의 CCUS 기술 개발과 활용을 위한 노력은 수소경제 활성화를 위한 기존 활동과 시너지 효과를 일으켜 더 나은 환경을 위해 큰 역할을 해낼 것으로 기대된다. 끊임없이 변화하고 앞으로 나아가는 그들의 노력에 박수를 보내며, 더 나은 미래를 기대해본다.