탄소 자원화, "온실가스를 에너지로 바꾼다고?"

탄소 자원화, "온실가스를 에너지로 바꾼다고?"

대학생신재생에너지기자단 19기 김다빈

 

온실가스의 문제점과 우리나라 온실가스 현황

 온실가스란 지구를 둘러싸고 있는 기체로 지표면에서 우주로 발산하는 적외선 복사열을 흡수 또는 반사할 수 있는 기체를 말한다. 주된 온실가스는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소이다. 온실가스는 대기 잔류 수명이 길며 과다하게 방출될 경우 지구 표면 기온의 상승을 유발한다. 또한, 지구온난화 현상으로 인한 기후변화와 심각한 생태계 변화를 초래할 수 있다. 2018년 우리나라 온실가스 총배출량은 727.6백만톤CO2로, 전년 대비 2.5% 증가했다. 국제적으로 봤을 때 17년 총배출량 국가 순위는 중국, 미국, 인도 등에 이어 11위로 나타났으며, OECD 회원국 중에는 5위에 해당한다. 정부는 탄소 자원화, 즉 이산화탄소 포집, 저장 및 활용기술(CCUS, Carbon Capture, Utilization and Storage)을 2030년 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 주요 감축수단 및 10대 기후 기술에 포함하고, 적극적인 기술개발 및 상용화를 추진하겠다고 밝혔다. 그렇다면 탄소 자원화 기술이 무엇인지 알아보도록 하자. 

[자료 1. 우리나라 온실가스 총배출량 및 증감률 ]

출처 : 온실가스종합정보센터, 「2020년 국가 온실가스 인벤토리 보고서 」

 

탄소 자원화란?

 탄소 자원화는 기존의 전통적인 탄소 자원인 화석연료뿐만 아니라 산업계와 유기성 폐기물에서 발생하는 부생가스, 연소 후 배기가스에 포함된 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄 등을 새로운 탄소 자원으로 유용하게 활용하는 기술이다. 탄소 배출량 자체를 줄이는 것뿐만 아니라 이를 자원화한 제품을 만듦으로써 기후변화와 에너지 문제를 동시에 극복할 수 있는 혁신적인 방안으로 평가되고 있다. 특히 우리나라와 같이 에너지 절약이나 재생에너지 활용만으로는 이산화탄소 감축에 한계가 있는 에너지다소비 산업 국가의 경우, 이를 극복할 수 있는 가장 현실적인 수단 중 하나가 바로 탄소 자원화이다. 

 

탄소 자원화 기술

 탄소 자원화 기술(CCUS,  Carbon Capture, Utilization and Storage)은 탄소 포집, 저장 및 활용이라는 상위 기술의 범주에 포함되며, CCUS 기술은 포집한 이산화탄소의 최종 처리 방식에 따라 포집 및 저장 기술(CCS, Carbon Capture Storage)과 포집 및 재활용 기술(CCU, Carbon Capture Utilization)로 구분된다. CCUS 기술은 혁신적 이산화탄소 감축 수단일 뿐 아니라 CCS와 달리 이산화탄소를 경제적 가치를 가진 자원으로 재활용한다는 점에서 차별화된다.

[자료 2. CCS/CCU 기술 개요 ]

출처: POSRI

 탄소를 자원화하는 방법은 이론적으로 다양하지만, 글로벌 기술 발전 동향 및 실현 가능성, 잠재성 등 요인에 따라 크게 세 가지 유망분야 ∆화학제품의 원료 생산, ∆광물 탄산화 제품 생산, ∆바이오 연료 생산으로 분류할 수 있다. 세 가지 기술 모두 시장경쟁력을 갖춘 단계는 아니기 때문에 CCU 기술은 생산비용 저감, 전환공정의 효율성 개선, 설비 Scale-up, 시장 형성 등 도전과제에 직면하고 있다.

[자료 3. 탄소 자원화의 주요 분야 ]

출처: POSRI

 

국가별 탄소 자원화 추진 동향

 우리나라뿐만 아니라 세계 각국은 탄소 자원화 기술 개발에 적극 나서고 있다. 주요국들은 중장기 온실가스 감축 목표 달성을 위한 가교기술(Bridge technology)로서 CCUS기술 개발을 꾸준히 추진해오고 있다. 그렇다면 주요 국가별 추진 동향을 살펴보자.

먼저 미국은 탄소 자원화 기술을 산업 부문 온실가스 감축의 핵심 수단으로 판단하고 정부 차원에서 R&D 자금 지원, 세제 관련 인센티브 제도 시행 등을 기술개발 및 투자 활성화를 추진했다. 현재까지 100여 개 이상의 탄소 자원화 프로젝트를 추진 중이며, 이 중 상용화 단계인 오일회수증진(EQR) 기술은 미국이 선도하는 중점 분야이다. 이 밖에도 석유화학, 시멘트 및 발전부문의 대규모 파일럿 프로젝트를 추진하고 있다.

유럽은 1990년대 이후 글로벌 기후변화 대응기술의 일환으로 CCUS 기술개발에서 선도적 역할을 해왔으며, 최근 독일을 중심으로 산업부문의 탄소 자원화 기술개발을 본격 추진하고 있다. 2010년부터 2016년까지 150개 이상의 프로젝트에 약 100백만 유로를 투자했으며, 민관협력을 통해 산업계에서도 50백만 유로를 투자했다.

마지막으로 중국은 2050년까지 중국 에너지 믹스의 절반 이상을 석탄발전이 차지할 것으로 전망되는 바, 국가 온실가스 감축을 위해서는 CCUS기술이 절대적으로 필요하다고 인식하고 있다. 신규 석탄발전소의 경우 CCUS 기술적용을 의무화하는 방안을 추진 중이며, 산업부문은 업종별 특성을 고려하여 기술적용이 가능한 영역 및 감축잠재량 분석을 우선으로 추진하고 있다.

 

탄소 자원화의 향후 전망과 앞으로 필요한 노력

 여전히 대량으로 배출되는 이산화탄소의 자원화는 2050년 탄소중립을 실현할 수 있는 가장 실질적이고 효율적인 대책일 수밖에 없다. 과학에 기반을 둔 미래 전망으로 한발 앞서 새로운 탄소 문명의 길을 모색해 온 한국화학연구원(KRICT)의 노력은 이제 탄소 중립이란 인류 공존의 협력 움직임 속에 한층 더 높은 단계의 이산화탄소 재활용 기술 개발을 향해 전진하고 있다. 이와 함께 석탄발전뿐만 아니라 석유화학, 철강, 시멘트 등 연관 산업의 원료/제품 다변화/다원화, 부가가치 창출, 다양한 융합기술 파급 효과, 일자리 창출까지 경제적 효과에 대한 기대가 존재한다. 그러나 현 단계는 전 세계에서 상용화 수준의 검증된 기술 및 사업모델이 없는 상태로, 적극적인 정책/제도적 뒷받침을 통해야만 기술개발 및 사업 활성화가 가능한 상태이다. 또한 공통기술, 혁신기술 성격의 탄소 자원화 기술개발을 위해서는 민관협력이 필수적이므로, 정부 차원에서 민간 참여/투자 촉진을 유도할 수 있는 다양한 정책/제도적 체계 조성 노력과 병행이 필요할 것이다.

 

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참고문헌

[온실가스의 문제점과 우리나라 온실가스 현황]

1) “온실가스”, 네이버 사전, terms.naver.com/entry.nhn?docId=5647061&cid=62861&categoryId=62861

2) 이종수, "온실가스 주범 CO2로 수소 만들고 CO2도 감축한다", 월간수소경제, 2019.09.02, https://www.h2news.kr/mobile/article.html?no=7768

3) 진윤정, 김성제, "기후변화의 주범 이산화탄소, 미래 자원으로 가능성은?", 포스코경영연구원, 2019.02.20, www.posri.re.kr/ko/board/content/15710

4) 환경부, "국가 온실가스 배출현황", e-나라지표, 2020.09.29, www.index.go.kr/potal/main/EachDtlPageDetail.do?idx_cd=1464www.index.go.kr/potal/main/EachDtlPageDetail.do?idx_cd=1464&param=001

 

[탄소 자원화란?]

1) 진윤정, 김성제, "기후변화의 주범 이산화탄소, 미래 자원으로 가능성은?", 포스코경영연구원, 2019.02.20, www.posri.re.kr/ko/board/content/15710

2) 황영규, 탄소자원화연구소 홈페이지, cri.krict.re.kr/intro-greet

 

[탄소 자원화 기술]

1) 진윤정, 김성제, "기후변화의 주범 이산화탄소, 미래 자원으로 가능성은?", 포스코경영연구원, 2019.02.20, www.posri.re.kr/ko/board/content/15710

2) 최현구, "이산화탄소로 에너지를 만들다! '탄소자원화 기술'", BIZION, http://www.bizion.com/bbs/board.php?bo_table=tech&wr_id=418

 

[국가별 탄소 자원화 추진 동향 ]

1) 진윤정, 김성제, "기후변화의 주범 이산화탄소, 미래 자원으로 가능성은?", 포스코경영연구원, 2019.02.20, www.posri.re.kr/ko/board/content/15710

 

[탄소 자원화 향후 전망과 앞으로 필요한 노력 ]

1) 진윤정, 김성제, "기후변화의 주범 이산화탄소, 미래 자원으로 가능성은?", 포스코경영연구원, 2019.02.20, www.posri.re.kr/ko/board/content/15710

2) KRICT한국화학연구원, "탄소중립 2050과 이산화탄소 자원화", https://blog.naver.com/krictblog/222244085776