CCUS 정책 여전히 걸음마 수준‧‧‧ “국가 차원 적극적 대응 필요”
전 세계 정책지원‧투자, 민간기업 자발적 참여 등 CCS 분야 확대
“기술 완성도 확보, 국내 기업 연합 및 해외 진출 가능성 타진해야”

CCUS(탄소 포집‧활용‧저장) 기술이 많은 관심을 받고 있으면서 국내에서도 관련 논의가 활발하게 진행되고 있다. 위 이미지는 7일 서울대‧이화여대‧COSS‧기후변화센터가 연 ‘제5회 톡톡 탄소중립 토론회’ 전경 /사진=온라인 캡처

[환경일보] 김인성 기자 = 최근 넷제로 달성을 위한 핵심 기술로 CCUS(탄소 포집‧활용‧저장) 기술이 많은 관심을 받고 있다.

CCUS는 말 그대로 탄소만 따로 모아 저장하고 활용하는 기술이다. 포집한 탄소를 단순히 저장해 환경에 영향을 주지 못하게 하는 CCS(탄소 포집 및 저장)와 여기서 한 발짝 나아가 유용한 자원으로 활용하는 CCU(탄소 포집 및 활용)를 합친 말이다.

CCUS의 역사는 생각보다 꽤 오래됐다. 순수한 천연가스를 얻으려면 채굴 후 불순물인 이산화탄소를 제거해야 하는데, 이를 위한 탄소 포집 기술이 무려 1930년대에 특허를 얻었다. 질소화합물인 ‘아민’(암모니아의 수소 원자를 탄화수소기로 치환한 형태의 유기화합물)을 포함하는 액체를 높은 압력의 공기 중에 분사하면 이산화탄소가 여기에 녹아 결합하고 더 낮은 압력에서 가열하면 다시 방출되는 원리다.

이렇게 포집한 이산화탄소를 1972년 미국 석유 채굴 회사가 돈을 주고 구매하기 시작했다. 석유를 많이 뽑아내 생산량이 줄어들었을 때 석유를 최대한 더 많이 뽑아내기 위한 방법인 EOR(Enhanced oil recovery) 중 유전 내부에 물이나 가스 등을 주입해 줄어든 압력을 다시 높여주는 방법이 있는데 바로 여기에 사용할 목적이었다.

여전히 더딘 탄소 활용 기술 보완 시급 

이렇게 땅속에 주입된 탄소 기체는 반영구적으로 대기로부터 격리되기 때문에 이후 점차 대기 중 이산화탄소 농도를 줄일 방법으로 주목받기 시작했다. 이제는 CCUS 없이 완전한 탄소중립을 이루는 일 자체가 불가능할 것이라는 전망까지 나올 정도로 중요한 기술이다.

이러한 CCUS는 포집, 운송, 저장 및 활용의 단계로 이뤄지는데, 포집의 경우 이산화탄소의 농도가 낮을수록 과정이 복잡해지고 비용이 많이 들기 때문에 아직까지 대기 중에서 이산화탄소를 모으기보다는 탄소가 배출되는 공정을 진행할 때 제거하는 방법이 주로 쓰이고 있다.

탄소 포집 기술은 효율에 비해 비용이 커 광범위한 적용은 아직 어려운 상황으로, 이에 따라 탄소 활용에 대한 지원과 기술 개발에 대한 목소리가 커지고 있는 실정이다.

탄소 제거 시기에 따라 원료에서 미리 탄소를 제거하는 연소 전 포집, 연소 시 순수한 산소를 공급해 이산화탄소와 수분만 배출되게 하는 순산소 연소, 공정이 끝나고 배출되는 가스에서 탄소를 포집하는 연소 후 포집 이 세 가지 방식으로 나눌 수 있다.

한편, 탄소 포집 기술은 효율에 비해 비용이 커 광범위한 적용은 아직 어려운 상황이다. 보완책인 탄소 활용 기술도 아직은 걸음마 단계라 지구온난화가 심각해지기 전에 제대로 활용 가능한 것이 맞는지 우려의 목소리도 나온다.

이에 따라 7일 서울대‧이화여대‧COSS‧기후변화센터는 서울 중구 온드림 소사이어티에서 ‘제5회 톡톡 탄소중립’ 토론회를 열어 전문가와 미래세대가 함께 탄소중립을 논의하는 자리를 마련했다.

우리나라는 2030년 국가온실가스감축목표(NDC)로 2018년 배출량 대비 40%를 감축해야 한다. 총 10개 부문의 감축정책 중 CCUS는 1120만톤으로 이산화탄소 흡수 및 제거 부문에서 14.9% 기여도를 가진다.

제1차 국가 탄소중립녹색성장 기본계획에 따르면, ▷CCUS 산업, 안전, 인증기준 등을 포함한 단일법 제정 ▷동해 가스전을 활용한 CCS 실증과 추가 저장소 확보 추진 ▷CCUS 원천 기술개발, 실증 및 사업화 지원 ▷2025년까지 미국 대비 90% 기술 수준 보유를 목표로 하고 있다.

CCUS 관련 정책 초기 단계‧‧‧ 한계 ‘명확’

하지만 현재 CCUS 관련 정책은 초기 단계로, 국가적 차원의 적극적인 대응이 필요하다는 지적이다.

전 세계적으로도 CCUS에 대한 관심은 뜨겁다. 세계 각국은 정책적 지원 및 투자, 민간기업의 자발적 참여로 인해 CCS 분야에 대한 투자가 지속적으로 확대되는 추세다.

현재 CCS 시장 성장의 핵심동력은 석유회수증진을 위한 주입 기술 등 시장 수요와 국가 온실가스 감축목표, CCS 지원제도와 같은 정부정책이다.

CCS 초기시장 창출을 위해 경제적 인센티브, 인증제도, 사용 의무화 제도 등과 같은 정부의 정책과 법률이 핵심적인 역할을 할 전망이다.

민배현 이화여대 기수에너지시스템공학과 교수는 “탄소 다배출 기업 및 자원탐사개발 기업 등 컨소시엄을 통한 국내 기업의 기술 연합 및 해외 진출 가능성을 타진해야 한다”고 강조했다.

대규모 상업용 CCS 프로젝트도 매년 급속히 성장하고 있다. CCS 시설 수는 2022년 194개에서 2023년 392개로 2배 증가했다. 이산화탄소(CO₂) 처리(포집) 용량은 2022년 2억4100만CO₂톤에서 2023년 3억6100만CO₂톤으로 1.5배 증가했다.

노르웨이는 40년간 ‘offshore CO₂ 주입’ 프로젝트를 진행하며 쌓아온 경험 및 노하우를 바탕으로 글로벌 CCUS 기술 상용화를 주도하고 있다. 세계 최초 대규모 CCS 전용 프로젝트, 선박 운송을 통해 CO₂ 포집원을 확대 중이다.

미국 역시 2018년 45Q Tax Credit 개정, 탄소배출량 감축 시 세금 혜택을 제공하고 있으며, 2008년부터 운영한 세금 혜택 제도의 적용처‧분야‧금액을 확대해 CCS 기술개발과 산업계 채택을 장려하고 있다.

아시아권인 중국에서는 2023년 기준 전력, 석유‧가스, 화공 등 분야에서 약 100개의 CCUS 시범 사업 건설 및 운영 중이다. 중국의 심부 대염수층 내 CO₂의 이론적인 저장 용량은 1조2100억~4억1300억톤으로 추정되며 CCUS 기술 보급 시범 강화, CCUS 프로젝트에 대한 금융 지원, 시범 사업 규모화 등 정책도 시행하고 있다.

노하우 축적, 핵심 기술 국산화 중요 시점

민배현 이화여대 기수에너지시스템공학과 교수는 “국내 시장 확대를 위해서는 CCS 기술의 경제성 및 완성도 확보와 초기시장 형성을 위한 정부의 정책적 지원이 필수”라고 강조하며, “탄소다배출기업 및 자원탐사개발 기업 등 컨소시엄을 통한 국내 기업의 기술 연합 및 해외 진출 가능성을 타진해야 한다”고 조언했다.

서울대 에너지자원공학과 강진수 교수는 이산화탄소 포집을 위한 차세대 기술에서 ‘Voltage swing을 통한 이산화탄소의 흡‧탈착’이 다양한 형태와 크기로 시스템 구현이 가능해 다른 공정들과 연계하기에 유리하다고 분석했다.

그러면서 석유화학산업의 포집 및 처리 기술을 기반으로 단기간에 해외 경쟁력 확보가 가능하며, 저장 관련 노하우 축적 및 일부 핵심 기술의 국산화가 필요한 시점이라고 봤다.

이산화탄소의 다양한 활용 방안에는 ▷석유 생산량 증대 ▷식품 포장 및 탄산음료 ▷비료 생산 ▷건축 자재 ▷고분자 재료 ▷전기화학 촉매반응 ▷열화학 촉매반응 등이 존재한다.

이산화탄소는 열역학적으로 매우 안정한 물질이나 유용한 물질로 전환하기 위해서는 매우 큰 에너지가 요구된다. 또 이산화탄소는 물에 녹았을 때 산을 형성하는 산성 기체로 염기성 흡수·흡착제를 이용하면 선택적으로 포집이 가능하다.

서울대 에너지자원공학과 강진수 교수는 ‘이산화탄소 포집을 위한 흡수·흡착제의 선정’에 있어 에너지와 비용의 최소화와 흡수·흡착제의 재사용을 고려해야 한다며, 이산화탄소 포집을 위한 차세대 기술에서는 ‘Voltage swing을 통한 이산화탄소의 흡‧탈착’이 다양한 형태와 크기로 시스템 구현이 가능해 다른 공정들과 연계하기에 유리하다고 강조했다.