화석연료 사용 지속적 증가

새로운 CO2 감축수단 병행 필수

최근 기후변화 문제를 일으키는 주범인 이산화탄소(CO2) 감축을 위한 대안으로서 탄소를 자원화하는 기술이 주목받고 있다.

그동안 주요국들의 CO2 감축노력에도 불구하고 화석연료 중심의 에너지믹스, 개도국 경제성장 등의 영향으로 전 세계 CO2 배출량은 지속적으로 증가하는 추세이다.

국제에너지기구(IEA)는 화석연료 사용량이 2000년 8028Mtoe에서 2016년 1만1,146Mtoe으로 증가한데 이어 2025년 1만2,552Mtoe, 2040년 1만5,246Mtoe으로 상승세가 이어질 것으로 전망한 바 있다. 이에 따른 온실가스 배출량도 2016년 32.1기가톤(Gt)에서 2040년 42.7Gt으로 확대가 예상된다.

이에 CO2 배출량 자체를 감축하는 노력과 더불어 배출된 CO2를 포집해 저장 또는 활용하는 탄소포집·저장·활용(CCUS) 기술 등 새로운 감축수단의 병행이 필수적이라는 인식이 확대되고 있다.

실제로 IPCC, IEA 등은 UN기후변화협약상 공동 목표인 지구 평균온도 상승을 1.5°C 이하로 제한하는 데 있어 CCUS 기술 도입 없이는 사실상 불가능하다고 지적하고 있다. 특히 CO2를 포집해 폐기물과 같이 저장하는 것이 아니라 이를 경제적 가치를 가진 자원으로 재활용하는 탄소자원화에 대한 논의가 활발히 진행되고 있는 상황이다.

이와 관련 포스코경영연구원(POSRI)은 최근 ‘기후변화의 주범 이산화탄소, 미래 자원으로 가능성은?’보고서를 공개했다.

보고소에 따르면 탄소자원화 기술은 ‘탄소포집·저장·활용(CCUS)’이라는 상위기술의 범주에 포함되며 CCUS 기술은 포집한 CO2의 최종 처리 방식에 따라 2가지 기술로 구분된다.

먼저 탄소포집저장(CCS, Carbon Capture Storage)은 CO2가 대기 중으로 방출되기 전에 포집하고 수송해 지중, 해저지층에 영구적으로 저장하는 기술이며 탄소자원화(CCU, Carbon Capture Utilization)는 포집된 CO2를 화학, 생물학적 변환 과정을 거쳐 ▲화학·플라스틱 제품의 원료 ▲광물탄산화 ▲바이오 연료 등으로 전환하는 기술을 의미한다.

CCU는 혁신적 CO2 감축 수단일 뿐 아니라 CCS와 달리 CO2를 경제적 가치를 가진 자원으로 재활용(Recycling)한다는 점에서 차별화되며 CO2와 산업 부산물을 원료(Feedstock)로 이용해 기존 제품의 대체 제품을 생산하는 등 자원 절감 효과가 존재한다. 특히 CO2 배출량이 많은 정유·석유화학, 철강, 시멘트 등 산업부문에서는 산업 성장과 CO2 감축을 동시에 추구할 수 있는 수단으로 탄소자원화 기술의 가능성에 주목하고 있다.

경제성 미확보·시장 미형성 등 문제

CO2를 자원화하는 방법은 이론적으로 다양하지만 글로벌 기술발전(성숙도) 동향 및 실현가능성, 잠재성 등 요인에 따라 ▲화학제품의 원료 생산 ▲광물 탄산화 제품 생산 ▲바이오 연료 생산 분야 등 크게 세 가지 유망분야로 분류할 수 있다.

하지만 현재 세 가지 분야(기술) 모두 기술개발 단계(TRLs)에서 현재의 프로젝트들은 기초연구(Research)와 실증(Demonstration) 단계가 대부분이라 시장경쟁력을 갖춘 단계는 아니다. 때문에 기술이 성숙되기까지 시간이 좀 더 필요하고 시장이 충분히 성장하기 위해서는 경제성을 증명하고 고객(수요처)을 확보하는 과정이 필요하다.

포스코경경연구원 관계자는 “CCU 기술은 생산비용 저감, 전환공정의 효율성 개선, 설비 Scale-up,시장 형성(Market developing) 등 도전과제에 직면하고 있는 상황”이라며 “CO2를 자원화(예, 화학적 전환)하는 과정에서 대량의 에너지가 필요함에 따라 에너지 공급을 위한 비용이 추가로 발생하고 해당 과정에서 별도의 CO2를 발생시키지 않는 방안도 모색해야 한다”고 말했다.

주요국 CCUS 연구개발 추진

중장기적 도입·적용 가능성 모색 필요

주요국들은 중장기 온실가스 감축목표 달성을 위한 가교기술(Bridge technology)로서 탄소포집·저장·활용(CCUS) 기술 개발을 꾸준히 추진하고 있다. 특히 친환경 재생에너지로 완전히 전환하는 데는 상당 수준의 시간과 재원이 소요되기 때문에 현실적인 온실가스 감축 대안으로 대부분의 국가에서 관련 연구개발(R&D)을 추진 중에 있다.

초기에는 CCS 기술에 관심이 집중되었으나 저장장소 확보 및 안정성 문제로 많은 프로젝트들이 지연 또는 취소된 바 있다. 이에 CCS의 대체 또는 보완 기술로 저장장소가 필요하지 않으며 제품생산을 통해 부가적인 이익을 창출하는 탄소자원화 기술로 관심이 전환되고 있다.

세계 주요국의 현황을 살펴보면 우선 미국 정부는 탄소자원화 기술을 산업부문 온실가스 감축의 핵심 수단으로 판단하고 정부 차원에서 R&D 자금 지원, 세제 관련 인센티브 제도 시행 등을 통해 기술개발 및 투자 활성화를 추진하고 있다. 현재까지 100여 개 이상의 탄소자원화 프로젝트를 추진 중이며 이 중 상용화 단계인 오일회수증진(EOR) 기술은 미국이 선도하는 중점 분야로 알려져 있다. 아울러 석유화학, 시멘트 및 발전부문의 대규모 파일럿 프로젝트(예: Skyonic社 시멘트 공장의 CO2 포집 및 중조(Sodium bicarbonate) 생산 프로젝트 등)를 추진 중에 있다.

1990년대 이후 글로벌 기후변화 대응기술의 일환으로 탄소자원화 기술개발에서 선도적 역할을 해오던 유럽은 최근 독일을 중심으로 산업부문의 기술개발을 본격적으로 추진하고 있다. 실제로 EU 차원 기후변화 대응 기금 및 기술지원 프로그램 등을 통해 유럽 각 지역에서 CCUS 프로젝트를 추진하고 있으며 2020년까지 CCUS 기술을 적용해 화력발전소의 CO2 無배출을 목표로 하는 EU ZEP(Zero Emission Power Plant Platform) 등이 대표적 프로그램으로 알려져 있다. 특히 독일 정부는 탈원전을 목표로 한 자국의 에너지전환 정책(Energiewende) 및 중장기 온실가스 감축목표 달성을 위해 재생에너지와 함께 탄소자원화 기술에 대한 지원을 대폭 확대해 나가고 있다.

중국의 경우 2050년까지 중국 에너지 믹스의 절반 이상을 석탄발전이 차지할 것으로 전망되고 있는 가운데 국가 온실가스 감축을 위해서는 탄소자원화 기술이 절대적으로 필요하다고 인식하고 있다. 이에 중국은 국가발전개혁위원회(NDRC)는 CCUS 기술로드맵을 발표(2011), 2030년까지 단계별 기술개발을 위한 세부 실행계획을 제시하고 2014년부터 광동성 등을 중심으로 대표 프로젝트를 추진하고 있다. 신규 석탄발전소의 경우 CCUS 기술적용을 의무화하는 방안을 추진 중이며 산업부문은 업종별 특성을 고려해 기술적용이 가능한 영역 및 감축잠재량 분석을 우선적으로 추진하고 있다.

이와 함께 우리나라도 국가 온실가스 감축목표 달성 수단이자 10대 기후기술의 하나로 탄소자원화를 포함하고 현재 실증사업을 추진 중이다. 기후변화대응 기술확보 로드맵(2017)에서 10대 기후기술로 CCUS를 명시, 국가 온실가스 감축로드맵(2018)에서는 CCUS 기술개발 및 상용화를 통한 감축량(2030년까지 10.3백만톤)을 할당했으며 올해 안으로 국가 CCUS 종합추진계획 발표 예정이다. 뿐만 아니라 탄소자원화 기술을 국가 전략프로젝트로 추진(2016.12~), 파일럿 실증단계까지를 목표로 2017~2022년간 총 475억원을 투자(정부 340억원, 민간 135억원)할 계획이다. 특히 철강업종 등을 대상으로 산업 부생가스의 탄소(CO, CH4)를 분리·활용해 유용한 화학원료를 생산하는 기술을 적용하는 실증사업을 검토 중에 있다.

산업부문의 경우 탄소자원화 기술 적용은 온실가스 감축과 함께 새로운 생산 공정기술의 개발을 촉진하는 계기이자 혁신의 원동력이 될 수 있다는 점에 주목하고 있다. 특히 탄소를 연·원료로 사용하는 석유화학 산업과 시멘트, 철강 등 고순도 CO2를 배출하는 산업 등에서 적용방안이 활발하게 모색되고 있다.

이 중 철강산업은 대량의 CO2 배출원, 회수여력이 있는 미활용 폐열 및 탄소 등 환원제가 존재하는 산업으로 탄소자원화에 매우 적합한 업종으로 분류된다. 철강업계의 경우 온실가스 다배출 공정 특성상 획기적인 온실가스 감축을 위해서는 공정 혁신뿐 아니라 CCUS 기술 도입을 병행할 필요가 있다고 보고 있다. 물론 단기적 온실가스 감축수단으로는 공정설비의 에너지효율 향상, 폐열 회수기술 적용 등이 있지만 감축여력이 크지 않기 때문에 장기적으로는 CCUS 기술적용을 통해 획기적인 감축을 모색하려는 것이다.

철강부문의 CCUS 기술연구는 그동안 공정 부생가스의 탄소포집 중심이었으나 최근 포집된 탄소를 연·원료 형태로 재사용하는 탄소자원화 방안이 본격적으로 제기되고 있다.

이와 관련 포스코경영연구원 관계자는 “철강업계는 중장기적 온실가스의 획기적 감축·탈탄소화를 위한 핵심 수단으로 CCUS 기술을 도입할 필요가 있지만 기술 성숙 단계를 감안해 중장기적 도입·적용 가능성을 모색해야 한다”며 “제철소 내 부생가스를 화학물질로 전환하여 활용하는 기술은 초기 단계부터 제품의 수요처인 화학업계의 기업들과 연계하여 상호 Win-Win 할 수 있는 사업 모델을 수립하는 것이 바람직하다”고 말했다.

정부의 정책·제도적 지원 중요

장기적 차원에서 전략적 접근 필요

현재 탄소자원화 기술은 CO2 배출량을 줄이는 것이 아니라 이를 자원화해 제품을 만드는 혁신적인 접근으로 기후변화 대응과 에너지 문제를 동시에 극복할 수 있는 방식으로 평가되고 있다.

우리나라와 같이 에너지 다소비 산업구조로 인해 에너지 절약 및 재생에너지 활용만으로는 CO2 감축에 한계가 있는 국가의 경우 이를 극복할 수 있는 가장 현실적인 감축수단 중 하나가 바로 탄소자원화 기술이다. 이 기술은 석탄발전뿐 아니라 석유화학, 철강, 시멘트 등 연관 산업의 원료·제품 다변화·다원화, 부가가치 창출, 다양한 융합기술 파급 효과, 일자리 창출까지 경제적 효과에 대한 기대가 무궁무진하다.

하지만 현 단계는 전 세계에서 상용화 수준의 검증된 기술 및 사업모델이 없는 상태로 적극적인 정책·제도적 뒷받침을 통해야만 기술개발 및 사업 활성화가 가능한 상황이다. 특히 정책의존도가 높은 기술 특성상 독일 등의 사례와 같이 국가적 지원을 통해 초기 R&D 및 실증 사업 추진뿐 아니라 자생력 있는 산업 생태계 조성까지 뒷받침이 필요하다.

이에 공통기술, 혁신기술 성격의 탄소자원화 기술개발을 위해서는 민관협력이 필수적이기 때문에 정부 차원에서 민간 참여·투자 촉진을 유도할 수 있는 다양한 정책·제도적 체계조성 노력이 중요하다. 아울러 탄소자원화 기술은 순환경제(Circular Economy)로의 전환, 저탄소·친환경 성장 패러다임 변화 속에서 그 중요성이 더욱 커질 것으로 예상되고 있어 관련 동향에 대한 지속적인 모니터링이 필요하다.

우리나라의 경우 탄소자원화 실증사업 참여에 대한 탄소크레딧 인정을 통해 인센티브를 제공하는 방안을 검토해볼 필요가 있다.

포스코경영연구원 관계자는 “향후 탄소규제 강화·확대(배출권가격 상승 등) 등을 통해 현재 경제성이 확보되지 않는 관련 기술들도 상용화될 가능성이 있다”며 “선제적으로 기술 우위 확보 시 향후 탄소자원화 기술 시장의 선점 및 상용화 과정에서 주도적 역할을 수행할 수 있으므로 미래 활용가치를 고려해 장기적 차원에서 전략적 접근이 이뤄져야 한다”고 말했다.