탄소중립 시나리오 쟁점과 제언

탄소중립 시나리오 쟁점과 제언

대학생신재생에너지기자단 19기 김승호, 19기 김세진, 20기 윤진수

 

서론 : 탄소중립 시나리오와 NDC상향안

 2020년 10월 국가 비전 2050년 탄소중립 선언 1년 후,  2021년 10월 18일, 2050 탄소중립 시나리오안이 심의 의결되었다. 11개 부처의 추천 전문가로 구성된 기술작업반이 초안을 만들고, 94개의 단체와 20여 차례의 협의체 간담회와 탄소중립시민회의 대토론회 등의 국민 수렴 절차를 거쳐 완성본이 만들어졌다. 그렇게 “기후위기로부터 안전하고 지속가능한 탄소중립 사회”를 비전으로 한 탄소중립 시나리오는 대한민국의 탄소중립 계획의 핵심 근거로 작용하게 되었다. 그러나 국내 순배출량을 "0"으로 하는 2개의 시나리오는 기후변화 대응의 장기 로드맵으로서 여러가지 질문들을 안고 있다. 본 기사는 이러한 질문과 쟁점을 확인하여 탄소 중립 시나리오의 목표 실현 여부를 가늠하고자 한다.

본론1 : 탄소중립의 실현을 위한 주체

[탄소중립 국가 전략의 실천의 통합 주체가 있는가?]

 탄소 중립 시나리오는 8가지 분야(전환, 산업, 건물, 수송, 농축수산, 폐기물, 수소, 탈루)를 두어 배출량을 관리하고, 3가지 분야의 흡수 및 제거원(흡수원, 이산화탄소 포집 및 활용 저장(CCUS), 직접 공기 포집(DAC)) 을 활용하여 탄소 상쇄를 실현시키고자 한다. 이에 따른 분야별 세부 배출량 목표도 설정되어 장기적인 계획의 초석이 마련되어 있다. 그러나 실제 이것을 실현할 때는, 담당 부처의 일관도 부족 문제에 직면하게 된다. 기후 정책의 총괄은 환경부인 반면, 온실가스 배출과 관련된 에너지 정책의 중요 의사결정은 산업통상자원부가 맡고 있기 때문이다. 이는 결과적으로 탄소중립 시나리오에 명시된 부문별 전략목표와 다르게 정책 목표가 설정되고 집행될 수 있는 위험을 초래한다. 이러한 혼란을 줄이기 위한 주체로서 탄소중립위원회(이하 ‘탄중위’)를 떠올릴 수 있지만, 탄중위도 특정 부처의 소속이 아닌 국무총리 산하 위원회다 보니 기후 정책의 심의와 같은 소극적인 역할에 머물러 적극적인 조정이 어려운 상황이다. 이러한 통합 거버넌스의 부재는 탄소중립 시나리오 목표 설정의 적절성과 별개로 실제로 정책 집행 시에 온전히 반영되지 않아 시나리오의 실현 가능성을 불투명하게 하는 문제를 야기한다.

 이러한 통합적 기후 대응 거버넌스에 대한 필요는 단순히 대한민국의 것이 아니었다. 이미 그 필요성을 확인한 국가들은 통합 거버넌스를 실현시키기 위한 행정 개편을 실시하고 있기 때문이다. 프랑스는 2050년 탄소 중립을 실천하는 EU 어젠다에 맞춰 생태전환부(Ministry of the Ecological Transition)를 신설, 기존 환경부에 산업부의 에너지 분야, 교통, 인프라 등을 흡수하여 한 부처에서 통합적으로 관리하고 있다. 생태전환부는 교통, 주거, 생물다양성 3가지 부속실을 두어 통합적으로 관리하고 기후변화 대응에 위협이 될만한 요인의 정책들을 심의하여 필요시 중단하는 역할도 맡을 정도로 매우 큰 영향력을 펼치고 있다. 실제로 프랑스 생태전환부는 2021년 2월 초 정부의 기후변화 대응 기조와 맞지 않는 계획이라며 파리 샤를드골국제공항 4터미널 신축 계획을 폐기한 바 있다. 이러한 거버넌스 트렌드는 프랑스를 넘어 스페인, 포르투갈, 이탈리아 등으로 확산되고 있으며, 국가차원의 통합적인 기후 변화 대응을 위한 핵심 키워드로 자리잡고 있다. 따라서 대한민국 또한 위 필요를 확인하여 기후변화 실현을 위한 통합적 국가 관리체계의 행정 개편을 고려해야하는 시점이다.

본론2 : LNG발전의 확대 기조

[자료 1. 우리나라 전체 에너지원이 차지하는 비율]

출처 : 머니투데이

2020년 12월에 발표된 제9차 전력수급기본계획에 따르면 안정적 전력 수급을 전제로 친환경 전원으로의 전환을 가속화하며 안정적인 전력 공급을 위해 폐지하는 석탄발전소는 LNG 발전으로 보완한다고 한다. 이런 목표달성을 위해 2022년에는 41.3GW, 2030년까지 54.5GW, 2034년까지 58.1GW를 확충 및 전환하겠다고 밝혔다. 또한, 정부는 30년의 가동연한을 채운 석탄발전 설비 30기 가동을 2034년까지 순차적으로 중단한다. 석탄발전 과정에서 나오는 다량의 온실가스를 줄이기 위해 불가피한 선택이다. 정부는 이중 24기는 LNG 발전으로 전환하기로 했다. 2034년 LNG 발전설비가 전체 에너지원에서 차지하는 비중은 실효용량 기준으로 현재 37.4%에서 47.3%까지 확대된다. 같은 기간 31.9%에서 22.7%로 급감하는 석탄발전의 빈자리를 메우는 셈이다.

[가교 에너지로 LNG가 적합한가?]

LNG 발전이 그간 알려졌던 것만큼 친환경적이지 않다. 실제로 국제원자력기구(IAEA)에 따르면 LNG발전의 이산화탄소 배출계수(g/kWh)는 549다. 석탄(991)의 절반 수준이다. 하지만 LNG 생산과 활용을 위한 시추, 운송, 액화, 기화 과정에서 발생하는 온실가스까지 감안하면 석탄의 대체재가 될 수 없다는 의견도 있다. 미국의 환경단체인 NRDC(천연자원보호협의회)는 LNG 전체 수명주기 가운데 시추, 운송, 액화, 기화 과정에서 발생하는 온실가스가 최대 58%에 달한다고 밝혔다.

[자료 2. LNG복합발전소의 오염물질 배출]

출처 : 한국경제신문 

 국내에선 LNG 발전단가가 석탄과 원자력에 비해 상대적으로 비싸 전력 수요에 따라 발전소 가동을 수시로 중단하고 있다. 그런데, 한국동서발전 내부 보고서에 따르면 이 회사가 운영 중인 LNG 발전소의 가스터빈 불완전연소 과정에서 유독가스인 일산화탄소가 최대 2000ppm(공기 분자 100만 개 중 일산화탄소 분자 2000개)까지 검출됐다. 환경부가 정한 소각시설 오염물질 허용기준인 50ppm의 40배에 달하는 양이다. 초미세먼지의 원인물질 중 하나로 꼽히는 미연탄화수소도 최대 7000ppm까지 측정됐다.

[탄소중립을 위한 가교 에너지]

실제 유엔 산하 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC) 자료의 '발전원별 생애주기 탄소배출량 (g/kWh)' 에 따르면 석탄 820, LNG 490, 태양광 48, 해상풍력 12, 원전 12, 육상풍력 11 순으로 나타났다. 경제적 비용을 최소화하면서 탄소중립을 달성하려면 LNG보다는 원전 활용을 늘리는 것이 훨씬 더 유리하다는 것이다.

또 다른 관점으로 LNG 발전설비 용량 증설이 기후변화 측면에서 석탄발전보다 더 큰 악영향을 가져올 수 있다는 분석이 나왔다. 하지만 이미 LNG 설비 용량 증설이 대규모로 진행 중이다. 대규모 설비 증설은 천연가스가 내뿜는 메탄을 더욱 늘릴 전망이다. 문제는 LNG에서 발생하는 메탄가스 배출이 신규 설비가 운용되는 수십 년 동안 폭발적으로 증가한다는 것이다

 

[자료 3. 주요국 에너지정책 현황과 추진방향]

출처 : 중소기업뉴스

 2050 탄소중립 시나리오의 A안, B안 모두 2050년까지 석탄발전은 중단하고, LNG 발전은 A안에서는 중단, B안에서는 잔류이다. 이를 달성하기 위해 2030년까지의 전력계획을 수립한 제9차 전력수급기본계획을 보면 가교 에너지로 LNG를 선택하였다. 하지만 유럽의 탄소중립 계획은 우리와 다르다. 2017년 취임 당시 원자력 발전 비중을 낮추겠다고 공언했던 에마뉘엘 마크롱 프랑스 대통령은 친원전 정책으로 전환했다. SMR 개발 등 신규 원전 프로젝트에 예산 약 1조 4000억 원을 투입하기로 했다. 영국도 소형 모듈형 원자로(SMR) 개발 사업에 2억 1,000만 파운드(약 3,326억 원)를 투자하는 것으로 알려졌다. 두 나라 모두 탄소중립 계획을 실현하려면 과도기 에너지원으로 원전이 필요하다는 판단을 내린 것이다.

현재 풍력은 연간 200MW 내외, 태양광은 연간 4GW 수준이다. 2030년까지 매년 4.2GW가 설치된다고 해도 100GW까지는 턱없는 수준이다. 여기서 100GW는 NDC 40%를 실현하기 위해 2030년까지 신재생에너지 설비를 구축해야 하는 규모이다. 그렇기 때문에 원전과 재생에너지를 병행해야 한다는 목소리가 나오는 이유다. 원전의 추가 건설의 목적이 아닌 현재 가동되고 있는 원전을 가지고 활용성을 높여야 할 것이다.

본론3 : 신재생에너지 확대목표의 달성 가능성

이번에는 앞서 다룬 내용과는 별개로 탄소중립 시나리오에서 제시하고 있는 신재생에너지의 확대 비율에 대해 살펴보고자 한다. 이번 시나리오에서 정부가 발표한 2050 탄소중립을 위한 에너지 전환 목표에 따르면 재생에너지 비율은 60~70%까지 확대될 전망이다. 이는 현재 국내 에너지 믹스에서 재생에너지가 차지하는 비중이 6.3%정도라는 것을 감안하면 절대 쉽지 않은 목표라는 것을 알 수 있다. 이에 따라 과연 이렇게 도전적인 목표가 실현 가능할 것인가에 대해 많은 논쟁이 펼쳐지고 있다. 에너지 문제는 우리 삶과 가장 밀접한 관련이 있는 부분이기에 정책적인 문제, 기술적 문제 그리고 사회적 인식 등 재생 에너지 확대 목표를 달성하기 위해서는 고려해야 할  점이 한 두가지가 아니다. 그런데 이렇게 복잡한 문제들을 고려하기 전에 1차원적으로 생각해보면 이 정도의 목표를 달성할 수 있을 만큼의 재생에너지 자원이 존재하는지 의문이 든다. 그러므로 정책의 변화나 기술의 진보를 얘기하기에 앞서 실질적으로 국내에 활용 가능한 재생에너지 자원의 잠재량을 객관적인 수치를 통해 가늠해볼 필요가 있다. 따라서 신재생에너지 중 가장 중점적으로 활용되고 있는 풍력과 태양광을 예로 들어 살펴보자.

[자료 4. 시나리오 상 전원별 발전량 및 온실가스 배출량]

출처: 탄소중립위원회

우선 국내 에너지 발전량이 어느정도 되는지 살펴보자. 2020년 기준 한 해 동안 국내 총 발전량은 약 552 TWh 이며 이 중에서 재생에너지가 차지하는 비중은 약 34.8TWh(6.3%)이다. 반면 자료 *에 나타나있듯이 2050년 예상되는 전력 소비량은 약 1208~1257 TWh이며 이중 재생에너지가 60~70%를 차지하기 위해서는 736~890 TWh가 필요하다. 기존 발전량과 수치적으로 비교해봐도 얼마나 달성하기 어려운지 다시 한번 체감할 수 있다. 

 그렇다면 이 정도의 발전량을 만들어 낼 만큼 국내에 태양광과 풍력 자원이 존재할까. 이에 대한 객관적인 자료는 한국에너지 공단이 발간한 2020 신재생 에너지 백서에서 찾아볼 수 있다. 신재생에너지 백서에서는 재생에너지의 잠재량에 대해 아래 자료*과 같이 이론적, 기술적, 시장 잠재량으로 나누어 잠재량을 정의하고 있다.

[자료 5. 신재생에너지 잠재량 분류체계 및 정의]

출처 : 2020신재생에너지백서(한국에너지공단)

해당 분류체계에 따라 다양한 조건을 고려한 국내 풍력에너지(육상, 해상풍력 합계)의 이론적 잠재량은 2,266TWh/년이다. 또한 기술적 잠재량은 1,957 TWh/년, 시장 잠재량은 171 TWh/년으로 산정되었다. 그리고 최근 한국환경한림원이 개최한 제18차 환경정책심포지엄 ‘탄소중립을 위한 정책방향과 핵심기술 개발현황’에서  한국에너지기술연구원의 김종남 원장은 6MW 수준의 육상풍력과 20MW 수준(고정식/부유식)의 해상풍력을 통해 2050년에 약 248.4 TWh의 발전량을 얻을 수 있을 것이라고 하였다. 또한 해상풍력이 활발히 이용되는 스코틀랜드의 풍속이 9~10m/s인데 국내의 서남해와 울산의 부유식 발전기에서 풍속도 약 8~8.5m/s정도로 바람의 질도 나쁘지 않다고 언급하였다. 이를 통해 국내의 풍력 자원은 다양한 조건을 고려하더라도 잠재량 자체는 충분하다고 볼 수 있다. 

 

[자료 6. 태양광 잠재량]

출처: 2020신재생에너지백서(한국에너지공단)

태양광의 경우는 어느정도 일까. 풍력과 마찬가지로 분류체계에 따라 태양에너지의 잠재량을 구분해보면 이론적 잠재량은 137,347TWh/년이며 기술적 잠재량은 3117 TWh/년, 시장 잠재량은 495TWh/년으로 산정되었다. 또한 최근에는 건물의 옥상, 건물일체형 태양광(BIPV), 저수지, 담수호, 국토 등을 최대로 활용할 시 523TWh/년의 발전량을 가진다는 예측도 나왔다. 그리고 독일의 태양광 이용률이 11%이고 국내가 약 15%로 태양광을 적극적으로 활용하는 독일보다도 오히려 자원의 이용률에 있어서는 우리가 더 유리하다는 의견도 제시되었기에 태양광도 역시 충분한 잠재량을 가진 것으로 보인다. 

 결론적으로 현재 국내에서 정책, 기술, 시장의 다양한 조건을 고려하여 잠재량을 계산해 봤을 때 풍력은 248TWh/년, 태양광은 523TWh/년으로 두 가지 재생에너지의 잠재량을 합하면 771TWh가 된다. 이는 앞서 2050년 예상되는 에너지 소비량 약 1200 TWh에서 64%를 차지하는 양으로 탄소중립 시나리오에서 목표로 하는 수치를 달성할 수 있는 수준이라는 것을 알 수 있다. 여기에 풍력과 태양광 이외에 바이오, 지열, 수력 등의 발전량까지 더해진다면 시나리오에서 제시된 목표를 달성하기에는 분명히 충분한 잠재량을 가지고 있는 것이다. 이러한 분석의 결과를 보면 시나리오 상의 재생에너지 목표를 달성할 가능성이 꽤 큰 것으로 보인다. 그러나 앞서 언급했듯이 여전히 넘어야할 산이 많은 것은 사실이다. 특히 풍력의 경우는 태양광에 비해 여전히 높은 설치단가와 국내의 풍력 발전 기술이 해외에 비해 효율성에서 많이 뒤처지고 있다는 문제를 가진다. 국내의 풍력 시설 생산의 대표적인 기업인 두산중공업이 8MW를 개발 중에 있지만 이미 해외에서는 8MW는 상용화되었고 현재 14MW를 실증 중에 있다는 점만 보더라도 꽤 많은 차이가 난다. 그리고 태양광의 경우  가격적인 면에서는 이미 타 에너지원에 비해 충분한 경쟁력을 가지게 되었다. 그렇기에 이제는 효율성을 높여 작은 면적에 설치하더라도 많은 에너지를 만들어내는 쪽으로 발전이 필요하다. 현재 태양전지의 효율은 여전히 20%대에 머무르고 있기에 탠덤전지와 같은 초고효율 태양전지의 개발을 통해 전지의 효율을 높이는 등의 기술 개발이 이루어져야 한다. 이번 시나리오 상에서도 35년까지 34% 효율을 가지는 탠덤전지를 상용화하여 효율을 높이겠다는 계획을 담고 있기에 태양광 효율 향상에 박차를 가할 것으로 보인다. 

 사실 풍력과 태양광이 직접적으로 가지는 이러한 문제 외에도 재생에너지 확대에 따라 수정하고 개선해야 할 과제들이 셀 수 없이 많이 쌓여있다. 기술의 지속적인 개발은 기본으로 하고 RPS 비율 상향, REC 경쟁 입찰 확대, 가격 안정화, 재생에너지 설치 입지 다변화 대응, 신제품 KS 인증 지원, 저품질 태양광 국내 유통 방지, 주민수용성 문제, 정책의 통일성, 전력 계통/시장 변화, 에너지 수요관리, 구체적 비용의 계산 그리고 ESS까지. 기술, 정책, 사회를 막론하고 모든 분야에서 완전히 새로운 시스템을 구축해야 한다. 쉽지 않은 여정이 되겠지만 충분한 재생에너지 자원의 잠재량을 바탕으로 하여 차근차근 이 어려운 문제를 풀어 낼 수 있길 바라본다.

결론 : 앞으로의 방향성과 기대효과

 수년 전부터 대두된 기후 위기는 이제 현실이 되었다. 이를 해결하기 위해 전 세계적으로 탄소중립이라는 대규모의 과제가 나왔고, 우리는 2050년까지 탄소중립을 달성하고자 시나리오를 만들어 국가적인 정책의 방향이 수립할 것이다. 2022년 예산안에 탄소중립을 위한 예산이 작년보다 증액되었던 것이 그 대표적인 예이다.

 하지만 탄소중립 시나리오는 그 계획처럼 순탄하게는 흘러가지 않을 것이다. 벌써 각 이해관계자들의 시각마다 바라보는 관점이 다르기 때문이다. 산업계는 비용, 시간, 능력 등을 이유로 2050 탄소중립의 목표가 지나치게 비현실적이라고 말하고 있다. 탄소중립을 위한 정책을 펼쳐나갈 때 극명하게 엇갈리는 다양한 요구를 조정하여 정책을 수립해 나가는 것이 중요하다. 따라서 본 기사에서 언급했듯이 탄소중립 시나리오 이행을 위한 명확하고 통합적인 주체를 확립하고 에너지원에 있어서 획일화된 관점을 벗어나 더 효율적인 방안을 고려하는 유연성 또한 가져야 할 것이다. 또한 신재생에너지 확대에 따라 필요한 다양한 개선 사항을 하루 빨리 점검하고 변화에 적응해야 할 것이다. 그리고 무엇보다 탄소중립을 후퇴하게 하는 정책은 없어야 한다. 탈석탄과 탄소중립 목표를 바탕으로 진정성 있는 탄소중립 시나리오를 실행하여 단순히 시나리오에서 그치는 것이 아닌 실질적 성과를 만들어 낼 수 있길 기대해 본다.

 

참고문헌

[본론1 : 탄소중립의 실현을 위한 주체]

1) 제3차 KEI환경포럼 뉴노멀 시대 대응을 위한 중장기 환경정책 방향, 세션 1, 탄소중립 정책 과제와 향후 추진 방향, 한국환경연구원, https://www.youtube.com/watch?v=-2-6PJrPWhs

2) 연합뉴스,전성훈기자,2021.02.15,이탈리아 새총리 드라기, 친환경 정부 표방…"국정 최우선 순위"(종합)

https://www.yna.co.kr/view/AKR20210215002251109?input=1195m

3) 한겨레,박기용기자,2021.02.25,환경단체들 “가덕도 신공항 건설은 탈탄소 역행”

https://www.hani.co.kr/arti/society/environment/984509.html#csidx06ae16e3066c475bb8e781187394e42  

4) 2050 탄소중립 시나리오안 & 2030 국가 온실가스 감축목표(NDC) 상향안, 2021.10.18, 관계부처 합동

5) Ministry of the Ecological Transition (France), Wikepedia,

https://en.wikipedia.org/wiki/Ministry_of_the_Ecological_Transition_(France)

[LNG발전의 확대 기조]

1) 민동훈, “석탄 못지 않게 탄소 내뿜는 LNG로 탄소중립 가능?”, 머니투데이, 2020.12.18.

https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=2020122813515629119

2) 산업통상자원부, 제9차 전력수급기본계획(2020~2034) 

[가교 에너지로 LNG가 적합한가?]

1) 민동훈, “석탄 못지 않게 탄소 내뿜는 LNG로 탄소중립 가능?”, 머니투데이, 2020.12.18.

https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=2020122813515629119

2) 이지훈·서민준·정의진, “[단독] '친환경' LNG발전소의 배신…알고보니 유해물질 대량배출”, 한국경제신문, 2019.04.07. 

https://www.hankyung.com/finance/article/2019040793911

[탄소중립을 위한 가교에너지]

1) 권가림, “원전에 힘싣는 EU·중·일… 한국은?”, 머니S, 2021.11.11.

https://moneys.mt.co.kr/news/mwView.php?no=2021111017268086713

2) 권세진, [에너지 View] "LNG 발전, 석탄발전 대안 아니다(?)", 에너지경제신문, 2019.07.02. 

https://www.ekn.kr/web/view.php?key=440678

3) 조정린, [취재후 Talk] 文 "LNG, 탄소중립 여정에 큰 힘"…전문가들 "LNG의 탄소배출, 원전의 40배", TV조선, 2021.11.15. 

http://news.tvchosun.com/site/data/html_dir/2021/11/15/2021111590102.html

[본론3. 신재생에너지 확대목표의 달성 가능성]

1) 공지영, 조상민, 탄소중립 실현을 위한 에너지시스템 통합 및 신재생에너지 정책 방향, 에너지경제 연구원, 2021.06.25, https://www.kci.go.kr/kciportal/ci/sereArticleSearch/ciSereArtiView.kci?sereArticleSearchBean.artiId=ART002730442

2) 김방현 “재생에너지 비중 80%까지 올리면, 전기요금 매년 96조원 증가”,중앙일보,2021.08.05,

https://www.joongang.co.kr/article/24122008

3)김영배, 햇빛 넘치고 바람은 모자라...불균형 해법 시급하다, 한겨례신문,2021.07.28,

https://www.hani.co.kr/arti/economy/economy_general/1005438.html

4)김종남, 제18차 환경정책심포지엄 탄소중립을 위한 정책방향과 핵심기술 개발현황, 한국에너지기술연구원 원장, https://www.youtube.com/watch?v=M1XSTt8VUw0&list=LL&index=2&t=4256s

5)녹색에너지전략연구소, 탄소중립 시대의 기후.에너지 정책 방향과 과제 자료집, 2021.11.25, https://gesi.kr/forum/view/189755

6)한국에너지공단, 2020 신재생 에너지 백서, 2021.05.18,

https://www.knrec.or.kr/pds/pds_read.aspx?no=320&searchfield=&searchword=&page=1

7)한국에너지기술연구원, "탄소중립 기술혁신 추진전략 10대 핵심기술 개발 방향", 2021.09.10,

http://www.ctpp.re.kr/home/#1

8)Wind Generates More Power than Scotland Needs/ renewableenergymagazine/2017.10.07/

https://www.renewableenergymagazine.com/wind/wind-generates-more-power-than-scotland-20171007