updated. 2021.1.22 금 17:26
FUTURE ECO
상단여백
HOME 월간퓨쳐에코 특집/기획 기획/이슈/진단
탄소중립시대 위한 탄소 마이너스 기술 시대가 온다
  • 조중혁 기자
  • 승인 2021.01.10 10:42
  • 호수 136
URL복사

우리나라가 지향해야 할 탄소 중립 이념은 이제 세계적인 대세로 자리 잡았다. 근 몇 년간 유럽연합(EU)을 시작으로 올해 일본, 중국 등이 탄소 중립을 선언했다. 또한 조 바이든이 대통령이 된 미국도 따라올 것으로 보인다. 그리고 탄소중립을 위한 핵심 기술은 탄소포집기술이다.

 

오바마 전 대통령과 함께 있는 조 바이든 대통령, 미국 친환경 정책을 추진하며, 탄소 포집기술에도 많은 투자를 할 것으로 보인다

배출 탄소를 마이너스로 돌리는 기술을 찾는 기업들

근 100여 년간 우리 세계에는 급격한 경제성장으로 에너지 수요가 점점 증가하고 있다. 이는 석탄, 석유, 천연가스같은 화석연료의 사용을 증가시킴으로써, 이산화탄소 같은 온실가스의 막대한 배출을 초래하고 있다. 향후, 대기중의 이산화탄소 농도는 600~1550ppm에 근접할 것이고, 이는 기후변화로 인한 사회의 막대한 피해를 초래하기 때문에 궁극적으로 배출량 0을 의미하는 탄소 중립 경제로의 전환이 불가피하다.

당연히 기업들은 탄소 배출의 막대한 절감, 혹은 포집 후 저장 기술을 연구했는데, 이가 바로 CCUS 기술의 개발이다. 과거 CCUS기술은 CCS기술로 시작했다. 이 CCS는 ‘Carbon Capture and Storage’의 약자로 탄소를 배출하는 발전소와 이를 운영하는 기업체들이 화석연료를 사용하며 발생한 탄소의 포집, 저장 기술을 뜻하는 것이었다. 그리고 최근에는 여기에 개념을 더해서 최근에는 활용 U(Utilization)을 더해 Carbon Capture, Utilization & Storage의 약자로 CCUS기술로 칭한다.

세계적으로 대규모 CCUS 사업은 2019년 기준으로 총 19개 사업이 실행 중이다. 이 사업의 운영 규모는 연간 온실가스 저장용량 3700만 톤에 달하며, 전문가의 의견에 따르면 앞으로 산업의 시장규모는 총 32개 사업(저장용량5700만 톤)으로 확대될 전망이다.

성장세도 엄청나다. 지난 15년에 걸쳐 전 세계 이산화탄소 누적 포집 용량은 150만 톤에서 연평균 약 30% 상승했다.

많은 전문가는 CCUS 관련 사업 규모의 성장세가 상당 기간 지속할 것으로 판단한다. 기후변화에 대비하는 세계국가들의 친환경 정책 및 탄소 절감 목표 달성을 위한 정책적 지원이 쉽사리 바뀌지 않으리라고 분석하고 있기 때문이다. 탄소를 배출하는 화석연료 중심의 사회를 쉽게 바꾸기 힘든 만큼, 줄이는 기술을 발전시키는 것이 제일 현실적이기 때문이다. IEA(국제에너지기구)는 CCUS 기술의 전망에 대해 2050년까지 전 세계 온실가스 감축량의 9%를 담당할 것으로 보고 있다고 밝힌 바 있다.

 

다양한 장단점을 가진 발전소와 공장의 이산화탄소 포집기술들

CCUS 기술은 다양하게 있지만 배출된 이산화탄소를 잡아 다시 집어넣는다는 기본 이념은 모두 같다. 기본적으로 탄소 및 연료 배출에 함유된 이산화탄소를 분리 포집한 후 수송을 거쳐 저장하거나 산업적으로 재활용하는 것이다.

우선적으로 꼽히는 연소 후 이산화탄소 포집은 연소 후 배출되는 배기가스에서 이산화탄소를 제거하는 것이며, 특히 기존의 발전소에서 선호된다. 발전소에서 나오는 배기가스에 포함된 이산화탄소 농도는 낮은 편이다. 석탄연소의 경우, 7~14%, 가스연소 약 4%에 불과하다. 그래서 이 방법은 이산화탄소 수송 및 저장을 위해 농축을 위한 비용이 많이 추가된다. 관련 업계에 따르면, 이산화탄소 포집 장치가 발전소에 추가될 시, 전력 생산비용이 32~65% 정도 증가한다고 한다.

연소 전 포집 기술은 사전에 연료를 가스화시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소로 만드는 방법이다. 이중 일산화탄소 가스는 전환반응을 통해, 탄소를 포함하지 않는 수소 연료로 변환시키고, CO의 탄소 성분은 이산화탄소의 형태로 존재한다. 이산화탄소를 뺀 연료는 전부 수소로 바뀌는데, 연소 시 이산화탄소가 생성되지 않고 배기가스가 질소와 수증기만 있게 된다. 그리고 발전소에서는 이 과정에서 생성된 이산화탄소를 포집해 제거하면 된다. 이산화탄소 농도가 20% 이상으로 높으므로 분리가 편하다. 이 기술은 주로 석탄가스화발전소에서 사용되며, 천연가스인 메탄발전소에도 사용되고 있다.

순산소연소 이산화탄소 포집 기법도 있다. 이 방법은 연소 시 공기 대신에 산소를 사용한다. 이렇게 되면, 연소가 이뤄진 이후, 배기가스는 이산화탄소, 수증기, 입자성 물질과 이산화황으로만 구성되는데, 이산화탄소의 분리가 한결 편해진다. 이들 중 입자성 물질과 이산화황은 전기집진기와 배기가스 탈황 방법으로 제거하고, 남은 이산화탄소 기체만 압축해 저장하면 된다. 이 방법의 단점은 공정에 많은 양의 산소가 필요한 만큼 비용이 많이 든다. 그래서 소규모의 발전시설에서 운용될 뿐이고 1000~2000MW급의 대형 공장 건설은 현재로서는 이뤄지지 않고 있다.

아예 배기가스에서 화학적인 방법으로 이산화탄소를 흡수하기도 한다. 이들 흡수법은 배기가스의 이산화탄소를 용액 흡수제를 통해 선택 흡수해 분리하는데, 이후, 재생 공정을 통해 이산화탄소를 다시 분리해서 수송 및 저장하고, 재생된 흡수제는 재사용한다. 이 방법은 이산화탄소 분리 방법 중 가장 많이 사용되며, 흡수제로는, 알칸올아민 계열인 모노에탄올아민, 다이에탄올아민, 그리고 탄산칼륨 등이 있다. 이중에서 MEA가 이산화탄소 흡수효율이 90% 이상으로 가장 높고 많이 사용된다. 막을 설치하고 이산화탄소를 뽑는 막 분리 공법은 에너지 소비가 적고 흡수법보다 막 분리 효율이 높지만, 막이 오염되기 때문에 지속해서 갈아줘야 해서 대량으로 가스가 뿜어져 나오는 공장에는 적용되기 힘들다.

 

이산화탄소를 결정체로 바꾸는 저장 기술들

이산화탄소를 흡수하고 저장하는 방법에 대해서는 기업마다 비법이 있겠지만 대표적으로 꼽히는 기술 중 공기 중 이산화탄소를 선택적으로 제거하는 ‘직접 공기 포집(DAC·Direct Air Capture)’ 기술이 있다. DAC 기술은 공기 중에서 이산화탄소를 직접 추출하는 방법이다. 이 기술로 유명한 것이 아이슬란드의 ‘오르카(Orca)’ 프로젝트다. 세계 최대급의 DAC 공장으로 뽑히는 이곳은 지열 에너지 업체인 ‘온파워’와 이산화탄소 저장업계의 대표적 기업인 ‘카브픽스’가 손을 잡고 만들고 있다. 이 공장은 이산화탄소를 탄산염으로 바꾸는 작업을 하고 있는데, 지열 에너지로 공급해 공해를 일절 발생시키지 않으면서 이산화탄소를 포집하고 저장하는 작업을 지속해서 할 수 있어 탄소 중립에 있어 매우 획기적인 공정을 선보이고 있다.

포집한 이산화탄소를 안전하게 저장하기 위한 기술도 개발 중이다. 한국지질자원연구원 연구진은 포집한 이산화탄소를 바다 밑 땅속에 저장하기 위한 주입 기술을 연구하고 있다. 이 기술이 완성되면 포집한 이산화탄소를 압력을 가해 해상 지층 속 빈 곳인 ‘공극’에 밀어 넣게 되는데, 공극에 주입한 이산화탄소가 짧게는 수십 년에서 길게는 수백 년 동안 안전하게 저장되도록 하는 것이 연구의 목표다. 연구진은 해저 지층의 상층부에서 이산화탄소가 새지 않을 부지를 선정하기 위한 지층 탐사 연구를 포함해 실험을 통해 축적하고 지질 구조 안전성에 문제가 없는지 확인하는 연구를 진행 중이며, 이 같은 연구를 통해 기술성과가 축적되면 탄소 중립시대에 있어 큰 역할을 할 것으로 보고 있다.

지금까지 우리 인류가 무분별하게 이산화탄소를 방출해 기후변화를 일으킨 것은 어쩔 수 없는 사실이다. 그렇기에 CCUS기술의 발전을 통해 우리가 방출한 만큼의 이산화탄소를 다시 돌려줄 수 있다면 과거로 돌아가는 것은 불가능한 것이 아닐지도 모른다. 우리가 CCUS기술의 발전을 주목해야 하는 이유다.

조중혁 기자  megnumfire@gmail.com

조중혁 기자의 다른기사 보기
icon인기기사
여백
여백
기사 댓글 0
전체보기
첫번째 댓글을 남겨주세요.
여백
환경행사
여백
여백
여백
여백
여백
여백

QR 코드

Back to Top