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탄소 중립을 위한 새로운 전환: 탄소 포집 및 저장 기술의 현황과 미래

일반 리포트 2025년 04월 01일
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목차

  1. 요약
  2. 기후 변화와 탄소 중립의 중요성
  3. 탄소 포집 및 저장 기술의 기초
  4. 현재 CCS 기술의 현황
  5. future 방향성과 과제
  6. 결론

1. 요약

  • 탄소 중립 목표 달성을 위한 노력이 점차 강조되고 있는 가운데, 탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage, CCS) 기술은 이러한 목표를 이루기 위한 핵심 수단으로 자리잡고 있습니다. 기후 변화의 심각성은 이제 인류 전체의 생존 문제로 격상되고 있으며, 이산화탄소(CO2)와 같은 온실가스의 배출을 줄이는 기술적 접근이 절실합니다. CCS 기술은 대규모 이산화탄소 배출원에서 CO2를 포집하여 저장함으로써 지구의 기후 변화에 대응할 수 있는 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 현재 CCS 기술의 발전은 여러 나라에서 활발히 진행되고 있으며, 각국의 기후 변화 정책에 포함되어 있습니다. 이를 통해 탄소 중립을 위한 연구 및 투자 확대가 이루어지고 있고, CCS 프로젝트는 대규모로 실행되고 있습니다. 이러한 노력은 국제 사회가 합의한 2050 탄소 중립 목표를 달성하는 기반이 됩니다. 고찰해야 할 부분은 CCS 기술의 경제성과 사회적 신뢰성입니다. 높은 초기 투자 비용과 운영 비용이 CCS 기술 확산에 걸림돌이 될 수 있으며, 기술에 대한 공공의 신뢰를 구축하는 것이 필수적입니다. 특히, 지역 사회와의 소통을 통해 CCS의 안전성을 보장하고, 이를 통한 사회적 수용성을 높이는 것이 매우 중요합니다.

2. 기후 변화와 탄소 중립의 중요성

  • 2-1. 기후 변화의 배경

  • 기후 변화는 20세기 중반 이후 인간의 활동으로 인해 지구의 기후 시스템에 가해진 변화로, 인간의 생존과 발전에 심각한 위협이 되고 있습니다. 이러한 변화의 주요 원인은 이산화탄소(CO2)와 같은 온실가스의 증가로, 이는 화석 연료의 연소, 산업화, 농업 등 다양한 인간 활동에서 발생합니다. IPCC(기후 변화에 관한 정부 간 패널)는 지구의 평균 기온이 산업화 이전 수준 대비 이미 약 1°C 상승했다고 경고하고 있으며, 이로 인해 해수면 상승, 극단적인 기상 현상, 생태계 파괴 등이 발생하고 있습니다.

  • 특히, 2015년 체결된 파리 협정은 산업화 시대 이전 대비 지구 평균 기온 상승을 2°C 이하로 억제하고, 가능한 한 1.5°C 이하로 제한하는 것을 목표로 합니다. 이 협정은 고온의 감축 목표를 설정하고 각국의 온실가스 배출 감소 목표를 의무화하는 중요한 이정표가 되었습니다. 그러나 이러한 목표를 달성하기 위해서는 각국 정부와 기업, 시민들이 협력하여 실질적인 조치를 취해야 합니다.

  • 2-2. 탄소 중립의 정의 및 목표

  • 탄소 중립이란 대기 중 이산화탄소나 기타 온실가스의 순 배출량을 0으로 만드는 상태를 의미합니다. 이를 위해서는 탄소를 배출하는 활동을 줄이고, 동시에 탄소를 흡수할 수 있는 방법을 늘려야 합니다. 대표적으로 나무를 심어 숲을 조성하는 것, 탄소 포집 및 저장 기술(CCUS)을 활용하는 것 등이 있습니다.

  • 국제 사회에서는 2050년까지 탄소 중립을 이루겠다는 목표를 설정하고 있습니다. IPCC는 탄소 중립을 통해 지구 평균 기온 상승을 1.5°C로 제한해야 한다고 강조하며, 이를 위해 2030년까지 2019년 기준으로 온실가스 배출량을 절반으로 줄일 것을 권장하고 있습니다. 이러한 탄소 중립 목표는 환경 보호와 인류의 지속 가능한 발전을 위한 필수적인 요구로 인식되고 있습니다.

  • 2-3. 파리협정의 의미와 중요성

  • 파리협정은 기후 변화 대응을 위한 국제적인 합의로, 2015년 12월 13일에 체결되었습니다. 이 협정은 전 세계 195개국이 참여하여 온실가스 감축을 위한 장기적 목표를 설정하였고, 각국의 자발적인 감축 목표(NDC, Nationally Determined Contributions)를 제출하도록 의무화하였습니다.

  • 파리협정의 가장 큰 특징은 '위험한 기후 변화를 방지하라'는 원칙 아래에서 각국이 자국의 상황에 맞는 감축 목표를 세우고 진행 상황을 정기적으로 점검하는 것입니다. 또한, 선진국과 developing countries 간의 공평한 책임 분담과 재정 지원을 통해 기후 변화에 대비한 Global Partnership를 증진시키는 것을 목표로 하고 있습니다. 이를 통해 국가 간 협력을 강화하고, 기후 변화의 영향을 완화하기 위한 실질적인 대안을 마련할 수 있게 되었습니다.

3. 탄소 포집 및 저장 기술의 기초

  • 3-1. CCS의 정의 및 과정

  • 탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage, CCS)은 산업 공정 또는 발전소와 같은 대규모 배출원에서 발생하는 이산화탄소(CO2)를 포집하여 저장하는 기술입니다. CCS의 주요 목표는 대기 중으로 방출되는 CO2의 양을 줄여 지구 온난화와 기후 변화의 영향을 완화하는 것입니다.

  • CCS의 전반적인 과정은 세 단계로 나누어집니다. 첫째, 탄소 포집(carbon capture) 단계에서 CO2가 배출원에서 포집됩니다. 이는 주로 화력 발전소, 시멘트 공장 등에서 발생하는 배기가스에서 이루어집니다. 포집 방법으로는 흡수법, 흡착법, 막 분리법 등이 사용됩니다. 둘째, 포집된 CO2는 압축 및 액화되어 저장을 위한 조건을 마련합니다. 이 과정은 CO2를 물질적 상태나 압력, 온도에 따라 변화시켜 저장의 효율성을 높이는 데 중점을 둡니다. 마지막으로, 지하 지질 형성에 CO2를 저장하여 대기 중으로의 누출을 방지합니다. 이때 이용되는 저장 장소는 보통 지하의 고갈된 유전, 대수층 또는 석탄층입니다.

  • 3-2. CCS 기술의 역사와 발전

  • CCS 기술은 1970년대부터 연구가 시작되었으며, 최초의 상업적 프로젝트인 Weyburn-Midale Carbon Dioxide Project는 2000년에 시작되었습니다. 이 프로젝트는 주로 석유 회수 증진(EOR) 기술과 연계되어 CO2를 주입하여 석유 생산량을 증가시키는 데 기여했습니다.

  • 이후 여러 나라에서는 다양한 CCS 프로젝트를 운영하게 되며, 특히 2005년 이후 여러 CCS 시설들이 경제적 실효성을 높이고 있습니다. 예를 들어, Saskatchewan의 Boundary Dam 프로젝트는 CCS 기술을 상용화한 대표적인 사례로, 연료 연소 후 CO2를 포집하여 지하에 저장하는 방식으로 기능하고 있습니다. 이러한 초기 프로젝트들은 CCS 기술의 발전에 중요한 발판이 되었으며, 각국의 정책과 연구 개발이 확산됨에 따라 지속적으로 발전하고 있습니다.

  • 3-3. 세계 각국의 CCS 관련 정책

  • CCS 기술의 성공적인 확산을 위해서는 각국의 정부 정책이 중요한 역할을 합니다. 많은 국가들이 CCS 기술을 기후 변화 대응 전략의 핵심 요소로 삼고 있으며, 이에 대한 지원 정책을 수립하고 있습니다. 예를 들어, 미국의 경우, 연방정부는 CCS 프로젝트에 대한 세제 혜택과 투자 보조금을 제공하고 있습니다.

  • 유럽연합 역시 탄소 중립 목표를 달성하기 위해 CCS 기술의 개발과 보급을 적극적으로 추진하고 있으며, 다양한 연구기금과 프로젝트를 지원하고 있습니다. 대한민국도 2050 탄소중립 목표 달성을 위해 CCS 기술을 필수 기술로 인식하고 있으며, 다양한 정책과 프로젝트를 통해 상용화를 지원하고 있습니다. 이러한 정책들은 기술의 개발을 가속화하고, 사회적 수용성을 높이며、CCS가 경제적으로 지속 가능한 옵션으로 자리 잡는 데 기여하고 있습니다.

4. 현재 CCS 기술의 현황

  • 4-1. 주요 국가와 기업의 CCS 프로젝트 사례

  • 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술은 여러 나라에서 기후 변화 완화를 위한 핵심 전략으로 자리잡고 있습니다. 특히, 미국에서는 다양한 대규모 CCS 프로젝트가 활발히 진행 중입니다. 예를 들어, 미국 텍사스주에 위치한 '시몬스 에너지 CCS 프로젝트'는 이산화탄소 포집을 통해 약 12만 톤의 CO2를 연간 저장할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 이외에도, 노르웨이는 '슬프라그(Sleipner)' 프로젝트를 통해 1996년부터 현재까지 약 250만 톤의 CO2를 해저에 저장해왔으며, 이는 CCS 기술의 상용화 가능성을 보여주는 대표적인 사례로 평가받고 있습니다.

  • 더불어, 세계적으로 일부 대형 기업들도 CCS 기술 개발에 적극 동참하고 있습니다. 예를 들어, 석유 회사 BP는 '올리버(Olefin)' 프로세스를 통해 기존 석유 정제 과정에서 발생하는 CO2를 포집하여 지중에 저장하고 있습니다. 또한, 일본의 도쿄전력은 이산화탄소를 포집한 뒤 이를 해양 심층에 저장하는 '해양 CCS 프로젝트'를 추진하며, CCS 기술의 다각화를 꾀하고 있습니다.

  • 4-2. 탄소 포집의 기술적 도전과제

  • CCS 기술의 발전에도 불구하고 여전히 해결해야 할 기술적 도전과제가 존재합니다. 첫 번째로, 높은 비용이 있습니다. CCS 시설의 건설과 운영에는 막대한 초기 투자와 유지 비용이 필요하며, 이는 기업들이 기술 도입을 주저하게 만드는 주요 요인입니다. 예를 들어, 탄소 포집 기술의 경우, 포집 후 이산화탄소를 압축하고 운반하는 과정에서도 상당한 비용이 발생합니다.

  • 두 번째 도전 과제는 포집 기술의 효율성입니다. 현재 사용되는 포집 기술은 각각의 방식에 따라 이산화탄소를 분리하는 효율이 다릅니다. 예를 들어, 연소 후 포집(post-combustion capture) 기술의 경우 배기가스 내 이산화탄소 농도가 낮기 때문에 효율적인 포집이 어렵습니다. 이로 인해, 기술 개발이 더욱 필요합니다.

  • 마지막으로, CCS 기술의 사회적 수용성 문제도 있습니다. 많은 사람들에게 CCS 기술이 안전하다는 것을 증명하는 것 또한 중요한 과제입니다. 예를 들어, 이산화탄소 저장이 지하수가 오염되거나 지진 등 자연재해의 원인이 될 수 있다는 우려가 있어, 이에 대한 연구와 안전성 증명이 필수적입니다.

  • 4-3. 선박의 CCS 기술 동향

  • 선박 분야에서의 CCS 기술은 탄소 중립의 필수 요소로 부각되고 있습니다. 최근 연구에 따르면, 선박에 적용되는 CCS 기술의 특허 출원이 증가하고 있으며, 이는 기후 변화 대응을 위한 해운산업의 탈탄소화 전략 가운데 하나로 자리잡고 있습니다. 특히, 이동성과 효율성을 고려한 다양한 CCS 진화 방향이 제시되고 있습니다.

  • 예를 들어, 선박에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 이를 지중 저장하거나 유용한 물질로 전환하는 CCUS 기술이 개발되고 있습니다. 한국, 일본, 유럽을 포함한 여러 국가들이 이러한 기술 동향에 주의를 기울이고 있으며, 해양에서의 CCS 프로젝트가 실현 가능성을 보이고 있습니다. 선박에서 발생하는 이산화탄소를 효과적으로 관리하기 위한 기술적 접근이 중요한 현안으로 떠오르고 있습니다.

5. future 방향성과 과제

  • 5-1. CCS의 사회적 수용과 경제성

  • 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술은 기후 변화 대응 및 탄소 중립 목표 달성을 위한 핵심 기술로 자리 매김하고 있습니다. 그러나 이러한 기술이 사회적으로 수용되기 위해서는 여러 가지 요소가 고려되어야 합니다. 첫째, CCS 기술의 경제성입니다. CCS는 초기 설치 비용이 높고, 운영 과정에서 추가적인 비용이 발생할 수 있습니다. 이러한 경제적 부담은 기업의 채택을 저해할 수 있습니다. 따라서 정부의 정책적 지원 혹은 인센티브가 필요합니다. 한국 정부는 탄소중립선언 이후 다양한 지원 정책을 발표하였으며, CCS 프로젝트의 초기 투자에 대한 보조금 및 세제 혜택을 통해 경제성을 구축하려 하고 있습니다. 둘째, 사회적 신뢰 구축이 중요합니다. CCS 기술은 이산화탄소를 지하에 저장함으로써 환경적 위험을 내포하고 있습니다. 연구에 따르면, 지역 주민들이 CCS 시설의 설치에 대해 부정적인 태도를 보이는 이유 중 하나는 기술에 대한 정보 부족과 안전성에 대한 우려 때문입니다. 따라서 정부와 기업은 CCS의 안전성을 입증하는 다양한 연구 결과와 사례를 공유하고, 지역 사회와의 소통을 강화하여 신뢰를 구축해야 합니다.

  • 5-2. 미래 기술 발전 방향

  • CCS 기술은 지금까지의 발전을 토대로 앞으로 더욱 혁신적인 방향으로 나아갈 것으로 예상됩니다. 특히, 기술의 고도화가 중요한 과제로 남아 있습니다. 현재 가장 많이 사용되는 연소 후 포집 기술 외에도 연소 중 포집이나 연소 전 포집 방법이 활발히 연구되고 있으며, 이는 보다 효율적이고 경제적인 탄소 포집을 가능하게 할 것입니다. 또한, 인공지능(AI)과 머신러닝 기술이 CCS 시스템의 운영 및 모니터링에 적용되면, 실시간으로 데이터 분석을 통해 시스템의 효율성을 극대화할 수 있습니다. 이는 예상치 못한 상황에 대한 대응력도 향상시키며, 전체 운영 비용을 절감하는 데 기여할 것입니다. 마지막으로, CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술과의 통합도 중요한 발전 방향 중 하나입니다. 포집된 이산화탄소를 단순히 저장하는 것을 넘어서, 이를 활용하여 연료 또는 원자재로 개발하는 과정이 필수적입니다. 이러한 연계는 경제적 측면에서도 긍정적인 시너지를 발생시킬 수 있습니다.

  • 5-3. 지속 가능한 탄소 중립 전략 제안

  • 탄소 중립 달성을 위해서는 CCS 기술의 개발과 사회적 수용과정을 함께 고려한 지속 가능한 전략이 필요합니다. 첫째, 탄소 포집 기술의 발전을 고속화하기 위한 연구개발 투자 확대가 시급합니다. 민간 부문에서의 투자 유도가 필요하며, 정부는 이와 관련된 연구개발 프로젝트에 대한 지원을 아끼지 말아야 합니다. 둘째, 탄소 가격제를 도입하고 운영하여 탄소 배출에 대한 부담을 강화해야 합니다. 이러한 경제적 메커니즘은 기업들이 탄소 저감 기술, 특히 CCS에 대한 투자를 늘리도록 하는 유인책이 될 수 있습니다. 셋째, 교육과 대중 캠페인을 통해 CCS 기술과 탄소 중립화의 중요성을 국민에게 알리는 것이 필요합니다. 이는 CCS 기술에 대한 사회적 수용성을 높이고, 지속 가능한 발전을 위한 대중의 지지를 이끌어낼 수 있을 것입니다. 마지막으로, 국제적인 협력 체제를 통해 기술과 정보를 공유하며, 각국의 탄소 중립 목표 달성을 위한 협조체계를 구축해야 합니다. 이를 통해 글로벌 차원에서의 기후 변화 대응력을 높일 수 있습니다.

결론

  • 탄소 중립 목표 달성을 위한 CCS 기술의 중요성은 이번 보고서에서 깊이 확인되었습니다. CCS 기술은 이산화탄소를 효과적으로 포집하여 안전하게 저장하는 방식으로, 기후 변화 대응에 실질적인 기여를 할 수 있습니다. 그러나 이러한 기술의 성공적인 구현을 위해서는 여러 가지 도전 과제를 극복해야 합니다. 우선, CCS 기술에 대한 경제적 지원과 정책적 뒷받침이 절실히 요구됩니다. 정부와 기업의 협력이 탄소 포집 기술 연구 및 개발을 가속화하는 데 기여할 것입니다. 또한, CCS 기술에 대한 대중의 이해와 acceptance를 높이기 위한 교육과 홍보가 중요하며, 공공의 신뢰를 증진시키는 방향으로 나아가야 합니다. 마지막으로, 각국의 협력과 정보 공유를 통해 탄소 중립을 위한 글로벌 네트워크가 형성될 필요가 있습니다. 이를 통해 기후 변화에 대한 국제적인 대응력을 증가시키고, 지속 가능한 발전을 위한 실질적인 해결책을 모색해야 할 것입니다. CCS 기술은 단순한 기술 이상의 의미를 지니며, 인류가 직면한 기후 위기에 대한 해결책 중 하나로 지속적인 발전이 요구됩니다.

용어집

  • 탄소 포집 및 저장 (CCS) [기술]: 산업 공정이나 발전소의 대규모 이산화탄소(CO2) 배출원을 대상으로 CO2를 포집하고 저장하는 기술로, 기후 변화 완화를 위해 개발되었습니다.
  • 파리 협정 [정책]: 2015년 체결된 국제 협정으로, 지구 평균 기온 상승을 2°C 이하로 제한하고 각국의 자발적인 온실가스 감축 목표를 의무화하는 내용을 포함합니다.
  • 이산화탄소 (CO2) [화학 물질]: 온실가스로서 기후 변화의 주요 원인 중 하나로, 화석 연료의 연소 및 다양한 인간 활동에서 발생합니다.
  • 연소 후 포집 (Post-combustion capture) [기술]: 연료를 연소한 후 배출된 가스에서 이산화탄소를 분리하여 포집하는 방법으로, 낮은 CO2 농도가 도전 과제가 됩니다.
  • 사회적 수용성 [사회적 요소]: CCS 기술이 지역 사회에서 안전하다고 인정받기 위해 필요한 신뢰 및 수용의 정도를 표현하는 개념입니다.
  • CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) [기술]: 탄소 포집 외에도 포집된 이산화탄소를 활용하는 기술로, 에너지 연료나 원자재로 전환하는 과정을 포함합니다.
  • 초기 투자 비용 [경제적 요소]: CCS 기술의 설치 및 운영에 필요한 초기 자본으로, 기술 확산의 주요 장벽 중 하나입니다.
  • 온실가스 배출 [환경 용어]: 이산화탄소 등 기후 변화에 영향을 미치는 가스의 방출로, 이는 인간 활동에서 발생합니다.
  • 탄소 중립 [환경 목표]: 대기 중 이산화탄소의 순 배출량을 0으로 만드는 상태로, 이를 위해 탄소 배출 감소와 탄소 흡수가 필요합니다.

출처 문서