요즘같은 기후변화에 도움될 기술, CCS

요즘같은 기후변화에 도움될 기술, CCS

 

 흔히들 농처럼 우리나라는 더 이상 봄여름 가을 겨울이 아니라 여름 겨울뿐이라고 말한다. 사실 세계는 오래전부터 지구온난화를 경고하며 기후변화에 대해 많은 이야기를 나눠왔다. 1987년 세계기상회의를 통해 인간활동이 기후변화를 일으켰을 가능성을 처음으로 인정하였고 IPCC가 예상한 기후변화 시나리오에서 최악의 경우 CO2농도는 970ppm, 지구 평균기온은 6.4℃, 해수면은 59cm 상승하고, 최상의 경우 CO2농도 550ppm, 지구 평균기온은 1.1℃, 해수면은 18cm 상승할 것임을 알렸다. 모두가 노력해서 최상의 시나리오를 만든다고 해도 지구 온난화 속도를 저하시킬 뿐이지 되돌리기는 힘든 상황이 되었다. 누군가는 사계절이 뚜렷하고 살기 좋은 우리나라만큼은 괜찮을 것이라고 말한다면 한국의 경우에도 평균기온이 4℃, 강수량은 17% 증가한다고 알려줄 수 있다. 기회가 된다면 기후변화의 심각성에 대해서는 후에 다시 이야기해보자. 현재 우리는 기후변화가 심각해지는 것을 막기 위한 이산화탄소 배출 대응 기술을 찾을 수 있을까?

 

[사진1. 이산화탄소를 내뿜는 화력발전소]

출처: 한국해양과학기술원

 

제일 먼저 떠오르는 생각은 애초에 이산화탄소를 배출하지 않는 에너지를 사용하지 말자! 즉 비 화석연료를 사용하는 방법이다. 예로 들면 신재생에너지를 사용하는 방법과 원자력발전소 사용이 있다. 이런저런 문제는 많으나 발전과정에서는 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 끊임없이 화두에 올라가있다. 또 에너지 자체를 아끼자! 라고 외치며 에너지 효율을 높이는 기술을 생각해 볼 수 있다. 가전기기의 효율이나 제로하우스, 그린빌딩같이 건물의 에너지 효율을 높이거나 수송부문으로는 지능형 도로 교통망을 적용시킨다든지 전기차를 이용한 기술이 있다. 지금 다뤄볼 내용은 무엇보다 확실한 이산화탄소 저감 기술로 주목받고 있는 CCS에 대해 살펴보고자 한다.

• CCS 기술이란?

 CCS(Carbon dioxide Captureand Storage)기술은 화석연료 연소에서 배출되는 온실가스를 포집하고, 수송하여 저장하거나 전환처리(고정화)하는 기술이다. 이 기술은 CO2 배출량을 효과적으로 줄일 수 있어 신재생에너지의 경제성을 확보할 때까지 다리 역할(Bridging Technology)을 담당할 현실적인 대안으로 고려되고 있다. CCS는 석탄과 가스를 이용한 발전 과정에서 발생되는 이산화탄소를 줄이는데 주로 이용되지만 시멘트, 철강, 석유화학, 석유와 가스 생산 등의 이산화탄소 집약 산업에 적용되기도 한다. 저장하는 방식에는 지중 저장, 해양 저장이나 광물 내 저장과 같은 다른 저장법들이 있다. 다만 해양저장은 높은 환경적 위험을 야기할 것으로 우려되어 현재 금지하고 있다. 광물 내 저장은 현재 연구의 주제가 되고 있으나, 에너지이용 저감, 대규모 감축 기술 향상 등 기술적 발전이 아직은 필요한 상황이다.

• CCS기술의 원리

[그림1. CCS 기술 원리]

출처: 한국에너지공단 블로그

 

 먼저 이산화탄소를 포집한다. 이산화탄소를 포집하는 방법에는 연소 전, 연소 후, 수소 분리법 등으로 나눠진다. 연소 전 포집 방법으로는 석탄 또는 천연가스에 의한 합성가스로 산소와 수소, 이산화탄소를 생산한 후 일산화탄소를 수성가스 전이반응을 통해 수소와 이산화탄소로 전환한다. 그 후 이산화탄소를 포집하는 동시에 수소를 생산하게 되는 것이다. 연소 후에는 배기가스에서 발생된 이산화탄소에 흡수제를 사용해 이산화탄소를 분리하게 되는데 이 방식은 현재 개발 중에 있다. 마지막으로 순도 95%이상의 산소와 배기가스를 사용하여 이산화탄소를 분리하는 순산소 방법은 응축과정을 통해 고농도의 이산화탄소를 포집하는 방식이다.

포집한 이산화탄소는 격리 혹은 차단 목적으로 저장하는 곳까지 수송과정을 거치게 되는데 1000km미만은 파이프라인을, 1000~1800km는 내륙 파이프를 통한 수송, 1800km이상은 선박을 통해 수송하게 된다.

수송까지 마친 이산화탄소를 저장하는 방법에는 지중, 해양, 지표 저장 총 세 가지가 있다. 지중저장기술은 800m이상의 지하수층에 저장하는 기술로 석유증진추출, 대염수층저장 등을 통해 이루어진다. 해양저장 기술은 1000~3000m 이하의 해저에 포집한 이산화탄소를 분사하여 저장하는 방식인데, 현재 해양 생태계 파괴의 위험이 있어 저장이 금지된 상태고 지표저장은 이산화탄소를 광물에 반응시키는 화학적인 저장 방법으로 현재 연구단계에 있어 상용화되고 있진 않지만 세 가지 저장기술 가운데 가장 효과적인 저장기술로 떠오르고 있다.

수많은 과정을 거쳐 저장된 이산화탄소는 탄소물질을 이용해 재활용되는 화학적 전환방식과 이산화탄소 분리 없이 태양에너지를 활용해 전환하는 생물학적 전환 등 이산화탄소를 다양한 방식으로 전환시킨다.

 

[사진2. 이산화탄소를 바다 아래 지층에 저장하는 노르웨이]

출처: Statoli사

 

CCS 기술 원리 중 특히 지중저장은 저장 공간이 풍부하고, 매우 긴 시간 동안 안정적으로 이산화탄소를 저장할 수 있으며, 비용 효율도 높은 것으로 평가되어 여러 국가에서 대대적으로 추진되고 있다. 그럼에도 불구하고, 지중저장의 가장 큰 위해성은 주입된 이산화탄소의 누출로 인식되고 있다. 이산화탄소가 누출되면 저장 효율을 낮출 뿐 아니라 지역 주민들의 건강과 주변 생태계에 악영향을 줄 수 있기 때문이다. 따라서 주입된 이산화탄소의 거동(특히 이산화탄소 포획 기작)을 파악하고 누출을 예방하는 것이 필수적으로 요구된다. 특히, 육상 저장의 경우에는 음용 가능한 지하수 자원의 보호가 가장 중요하다.

 

• CCS기술로 기대할 수 있는 효과

 

 CCS를 시행함으로써 얻을 수 있는 정확한 ​기여량은 CCS의 이해도에 따라 달라질 수 있다. 유럽연합(EU)에서 지침을 위해 제안한 것들 중 2020년까지 20%의 온실가스가 저감되며 2030년까지 엄청난 진보가 이루어질 것이라는 가정 아래, 2020년에 7백만 톤의 이산화탄소가 포집될 수 있을 것이고, 2030년에는 약 1억6천 톤까지도 가능할 것이라 예상하고 있다. 2030년 줄어든 이산화탄소는 유럽에서 15%의 감소가 이루어져야 함을 의미한다. 또한 IEA(국제에너지기구)가 추산한 바에 따르면, 저탄소 에너지 기술의 전 세계적 보급으로 2050년까지 2005년 이산화탄소 배출량의 절반으로 줄이겠다는 프로젝트에서 CCS는 그 기술들 중 가장 적은 비용으로 20%의 저감효과를 가져올 것으로 예상되었다고 한다. 잠재적인 전 지구적 기여정도도 비슷하게 추정되는데, 2030년 까지 14%로 예상된다.

유럽연합 내에서 발표되고 있는 탄소 저감 정책들에 따르면, 향후 10년 내에 현 유럽 내 화력발전용량의 약 3분의 1이 대체될 예정이다. 하지만 국제적 관점에서는 중국, 인도, 브라질, 남아프리카, 멕시코 등의 에너지 소비 증가로 인해 전 지구적인 화석연료 수요 증가를 야기할 것이다. 이와 같은 매우 큰 규모의, 잠재적인 탄소 배출들을 처리할 수 있는 수용력을 신속히 갖추는 것이 필요하며, 위에서 언급한 목표들을 이루기 위해서는 2020년까지 약 100개의 CCS 프로젝트가 시행되어야 하고 2050년까지는 3,000개 이상이 요구되는 실정이다. 이를 시행하기 위해, 현재 같은 기후적 측면에서나 공급의 안정성을 따지면 대체에너지 개발을 강구하는 것이 지속 가능한 해결책이지만 CCS기술은 저탄소 산업·사회 구조 및 탄소 제로화와 녹색성장 사회 구조 정착에 있어서도 핵심적인 역할을 담당할 것으로 기대된다.

외국은 CCS를 위하여 환경법 및 관련법들을 개정하면서 법적 체계를 마련한 반면 국내에서는 아직 제도 준비가 미흡한 현실이다. CO2를 포집하고 직접적으로 온실가스를 감축하는 기술인 CCS가 국민들에게 잘 알려지지 않았기 때문에 국가 체제에서의 법적 근거 마련과 제도적 준비를 통하여 인지도를 확신시킨다면 CCS 기술도입이 원활하게 진행될 것이다.

 

참고문헌

-한국 에너지 공단

-한국해양과학기술원

-국립환경과학원 '환경분야 CCS(이산화탄소 포집 및 저장)에 대한 법적근거 마련 연구 (I)'