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이산화탄소, 이제는 재활용시대
  • 임호동 기자
  • 승인 2020.07.10 09:30
  • 호수 130
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대기 중에 흔히 존재하던 이산화탄소는 산업화 이후 크게 늘어나면서 지구온난화의 주범으로 몰리고 있다. 이에 이산화탄소를 포집해 쓰레기처럼 매립하는 ‘이산화탄소 포집·저장기술’이 주목을 받아왔는데, 최근 이를 뛰어넘어 이산화탄소를 자원으로 활용하고자 하는 연구가 계속되고 있다.

 

이산화탄소, 기술로 줄여간다

지구상에 존재하는 것들 중에 쓸모없는 것은 없다. 모두 나름의 이유와 가치가 존재한다. 최근 지구온난화의 주범으로 내몰리고 있는 이산화탄소(CO2)도 마찬가지다. 탄소원자 한 개와 산소원자 두 개가 결합해 이뤄진 이산화탄소는 바다 속 원시 생명체들의 광합성을 도와 유기물을 합성해 내고, 태양의 복사에너지를 막아줌으로써 지상 생물의 탄생과 활동을 도왔다. 또한 적정한 이산화탄소는 지구의 온도유지를 위해 꼭 필요하다.

그러나 적정선을 유지했어야 할 이산화탄소는 산업화 이후 급격하게 늘어났다. 산업혁명 이후 260여 년간 대기 중 이산화탄소 농도는 50% 가까이 증가했고, 전 지구 평균기온 역시 약 1도 가량 상승했다. 그 결과 이산화탄소는 온실가스의 대표적인 격으로 전락했다.

이에 이산화탄소를 줄이기 위한 연구가 계속되고 있다. 특히 이산화탄소를 줄이고 활용하기 위한 기술분야에서 연구가 활발하게 진행됐는데, 그 대표적인 사례가 ‘이산화탄소 포집·저장기술(CCS: Carbon Capture and Storage)’이다.

2014년 캐나다 서스캐처원 주 바운더리 댐(Boundary Dam)에서 최초로 선보인 이 기술은 화력 발전소와 같은 산업 시설로부터 배출되는 이산화탄소를 포집하고 압축한 후 선박이나 파이프를 활용해 아주 깊은 지하나 심해로 이동·저장하는 것이다.

이러한 CCS기술은 이산화탄소 발생량을 큰 폭으로 줄여줄 수 있는 기술로 주목받았다. 그러나 CCS는 포집된 이산화탄소를 운송하는 과정에서 발생하는 많은 비용과 저장 공간 및 안정성 문제 등의 단점에 발목이 잡혔다. 지속적으로 발생하는 이산화탄소를 모아둘지하나 심해 공간을 선정하기가 어려울뿐만 아니라 파이프라인이나 선박을 이용해 운송하는 과정에서 막대한 비용이 발생하는 것이다. 

하지만 이산화탄소를 줄여줄 기술에는 여전히 희망이 존재한다. 최근 CCS를 넘어 모집된 이산화탄소를 재활용하거나 자원화하는 ‘이산화탄소 자원화 기술(CCU)’이 활발하게 연구되고 있기 때문이다.

 

이산화탄소를 포집하고 새로운 자원으로 활용하기 위한 CCUS 기술개발이 계속되고 있다.(사진은 한국에너지연구원의 이산화탄소 포집기술 패키지)

모아서 다시 쓴다

CCU기술은 말 그대로 CCS기술처럼 이산화탄소를 포집해 화학, 생물학적 변환 과정을 거쳐 화학제품의 원료, 광물탄산화, 바이오 연료 등으로 전환하는 기술이다. CCU기술은 혁신적으로 이산화탄소를 감축할 수 있을 뿐만 아니라 폐기물과 같이 처리대상으로 여겨지던 이산화탄소를 경제적 가치를 가진 자원으로 재활용한다는 점에서 크게 주목받고 있다.

특히 미국, 유럽, 중국 등 주요국들은 중장기 온실가스 감축목표 달성을 위한 가교기술로 CCU 기술 개발을 꾸준히 추진하고 있다. 특히 미국의 경우 탄소자원화 기술을 국가전략기술로 채택했으며, 미국 에너지성 DOE(Department of Energy)는 이산화탄소를 저감하기 위한 기술로, CCS(Carbon Capture & Storage)와 CCU(CC & Utilization)가 복합된 CCUS 기술에 관심을 두고 다각적 기술 개발을 추진 중이다. 이를 통해 미국은 자국의 이산화탄소 감축뿐 아니라 CCU 기술 선점을 통한 새로운 산업 시장 확보를 도모하고 있다.

우리나라 역시 지난 2017년 기후변화 대응 기술확보 로드맵에서 10대 기후기술 중 하나로 CCU 기술을 포함시켰으며, 현재 실증사업 추진 중이다. 그 결과 국내에서는 지속적으로 CCU 기술의 특허가 늘어나고 있다. 특히 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있는데, 이중 전기화학적 전환(환원반응)을 이용한 이산화탄소의 재활용 기술은 전기를 활용함에 따른 설비운용의 용이성, 작은 설비공간 소요 등의 장점으로 인해 차세대 이산화탄소 재활용 기술의 하나로 각광받고 있다.

특허청에 따르면, 전기화학적 이산화탄소 전환 기술 관련 특허출원건수는 최근 5년간(2015년~2019년) 161건으로그 이전 5년(2010년~2014년, 84건)에 비해 약 2배가량 증가한 것으로 조사됐다. 이처럼 환원전극 관련 특허가 활발한 이유를 특허청은 환원전극의 촉매 등의 구성에 따라 화학 약품 제조 등에 사용되는 일산화탄소를 비롯해 포름산, 알코올, 탄화수소 등의 다양한 생성물을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 생성물로의 전환 효율에 큰 영향을 미치기 때문으로 보고 있다.

하지만 넘어야 할 산도 많다. 탄소자원화 기술은 현재까지 기초연구 및 실증 단계 수준으로 시장 경쟁력을 갖추기 위한 많은 도전과제에 직면하고 있다. 특허청이 발표한 이산화탄소 전환 기술 관련 특허 출원 역시 내국인이 175건(71%)을 출원한 것으로 나타났는 데, 그 중 90%에 해당하는 157건이 대학 및 연구기관이 차지했으며, 나머지 10%에 해당하는 18건이 기업에서 출원한 것으로 나타났다. 투입되는 전기 에너지와 원료 대비 생성물의 경제성 확보 등에서 아직 연구개발단계에 머물러 있기 때문으로 풀이된다.

특허청 유현덕 재료금속심사팀장은 “전기화학적 이산화탄소 전환 기술은 이산화탄소 배출량을 감소시켜 지구온난화 문제를 해결하는 목적뿐 아니라 이산화탄소의 재활용이라는 측면에서 경제적 가치가 높으므로 이에 대한 기술개발이 앞으로 활발할 것으로 예상된다”며 “해당 기술의 실용화를 위한 기업의 관심이 무엇보다도 중요하다”고 강조했다.

임호동 기자  ihd3333@naver.com

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