CCUS 기술: 탄소중립 실현을 위한 필수적 전략과 미래 전망

1. 요약

• CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장) 기술은 기후 변화 문제를 해결하기 위한 필수적인 수단으로 부각되고 있습니다. 이 기술은 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 저장하거나 활용함으로써 탄소 배출을 줄이는 혁신적인 방법을 제공합니다. 기후 변화의 심각성에 대한 경고가 끊임없이 이어지는 가운데, CCUS 기술은 저탄소 경제로의 전환을 가능하게 하는 중요한 역할을 맡고 있습니다. 특히, 산업 부문에서의 이산화탄소 대량 배출 문제를 해결하기 위해 CCUS의 필요성이 더욱 강조되고 있습니다.

• 최근 CCUS 기술은 전 세계적으로 빠르게 수용되고 있으며, 특히 노르웨이의 Longship 프로젝트와 같은 선도적인 사례들이 주목받고 있습니다. 한국 또한 CCUS 기술의 중요성을 인식하고 2030년 목표를 설정하여 연간 1, 030만 톤의 이산화탄소 감축을 계획하고 있습니다. 이러한 목표를 실현하기 위해 CCUS Industrial Park 개발 등 다양한 노력이 진행되고 있으나, 초기 투자 비용과 기술적 난제는 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있습니다.

• 현재 CCUS 기술은 물리적, 화학적 포집 방식뿐만 아니라 혁신적인 접근법 사용으로 진화를 거듭하고 있습니다. 최신의 건식 포집 기술과 분리막 기술은 효율성을 높이고 있습니다. 이와 함께 CO₂ 전환 기술은 산업적 자원으로서의 가능성을 열어주며, 저탄소 산업으로의 전환을 가속화하는 데 기여하고 있습니다. 이와 같은 발전은 CCUS 기술이 단순히 환경 보호를 넘어서 경제적 기회를 창출할 수 있음을 보여줍니다.

2. CCUS 기술의 필요성과 중요성

• 2-1. 기후 변화 대응의 긴급성

• 기후 변화는 지구 온난화, 해수면 상승, 극단적인 기후 현상 등을 초래하여 인류의 생존을 위협하고 있습니다. 과학자들은 지구의 평균 온도를 산업화 이전 수준보다 1.5도 이상 상승시키지 않기 위해서는 전 세계적으로 온실가스 배출을 대폭 줄여야 한다고 경고하고 있습니다. 이러한 배경 속에서 CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장) 기술은 탄소 배출을 줄이는 효율적인 수단으로 평가받고 있습니다.

• CCUS 기술은 대기 중에 이미 존재하는 이산화탄소를 포집하여 저장하거나 활용함으로써 새로운 탄소 배출을 방지하는 역할을 합니다. 특히 산업 부문에서 발생하는 이산화탄소는 대규모로 배출되기 때문에 이를 효과적으로 포집하는 기술이 중요성이 더욱 부각되고 있습니다.

• 2-2. CCUS 기술의 역할과 중요성

• CCUS 기술은 기후 변화 대응뿐만 아니라, 저탄소 경제로의 전환에도 중대한 역할을 합니다. CCUS는 두 가지 큰 영역으로 나뉘어집니다. 첫째는 CCS(탄소 포집 및 저장)로, 포집된 이산화탄소를 지하 깊은 곳에 안전하게 저장하는 기술입니다. 이 과정에서 이산화탄소는 지구의 대기 중으로 다시 돌아가지 않도록 차단됩니다. 둘째는 CCU(탄소 포집 및 활용)로, 포집된 이산화탄소를 다양한 산업적 용도로 활용하는 기술입니다. 예를 들어, 이산화탄소를 원료로 하여 화학 제품을 생성하거나, 건축 자재에 적용할 수 있습니다.

• CCUS 기술은 탄소중립 사회를 향한 필수 요소로 떠오르고 있으며, 이는 각국 정부와 기업들이 CCUS 기술을 개발하고 지원하게 만드는 주요 원동력입니다. 이러한 노력의 일환으로 CCUS는 2050년까지의 전 세계온실가스 감축 목표에서 약 9~19%의 기여가 예상되며, 이는 목표 달성의 필수적인 수단으로 자리잡고 있습니다.

• 2-3. 전 세계의 CCUS 기술 수용 현황

• 전 세계적으로 CCUS 기술의 수용이 확대되고 있습니다. 특히 노르웨이에서 시작된 Longship 프로젝트는 CCUS 기술을 대규모로 상용화하기 위한 첫 사례로 주목받고 있습니다. 이는 탄소 포집 및 저장 기술의 상용화를 위한 중요한 이정표가 되고 있습니다.

• 한국 또한 CCUS 기술의 필요성을 인식하고, 2030년까지 연간 1, 030만 톤의 이산화탄소를 감축하는 목표를 설정하였습니다. 최근 연구에 따르면, 한국에서의 CCUS Industrial Park 개발이 활발하며, 이는 한국의 탄소중립 목표 실현을 가속화하는 중요한 요소로 작용하고 있습니다. 그러나 여전히 초기 투자 비용과 기술 확보의 어려움이 존재하여, 정부의 정책적 지원과 민간 투자가 절실한 상황입니다.

• 이와 더불어 CCUS 기술의 발전에 따라 세계 탄소 포집 시장은 2030년 440억 달러 이상으로 성장할 것으로 예측되고 있습니다. 이는 CCUS 기술의 상용화가 단순히 환경을 보호하는 것뿐만 아니라, 경제적인 기회로도 이어질 수 있음을 보여주고 있습니다.

3. CCUS 기술 현황 및 발전 과정

• 3-1. CCUS 기술의 역사적 배경

• CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장) 기술은 지난 45년 이상에 걸쳐 개발되어 온 오랜 역사를 가지고 있습니다. 시작점은 1970년대 차세대 에너지원 개발과 온실가스 감축이 하나의 사회적 문제로 부각되면서 활성화되었습니다. 고갈 위험과 환경문제 해결을 요구하는 목소리가 높아졌고, 이로 인해 산업 시설에서 발생하는 이산화탄소를 효과적으로 관리하기 위한 기술적 접근이 필요하게 되었습니다. 이로 인해 CCUS 기술이 infancy에서 산업 응용으로 확장되는 과정을 겪으며 현재는 세계적으로 주목받는 기술로 자리잡게 되었습니다.

• 초기 CCUS 기술은 주로 CO₂ 포집 기술에 집중되었으며, 발전소 및 공장 등에서 발생하는 배가스에서 CO₂를 분리하는 데 초점이 맞춰졌습니다. 이러한 기술적 발전은 석탄 및 천연가스 화력발전소, 시멘트 공장 등에서 저감 전략으로 적용되며, 정부와 학계, 산업계가 협력하여 다양한 실증 연구와 상용화 프로젝트를 진행하게 됩니다. 특히, CCS(Carbon Capture and Storage) 및 CCU(Carbon Capture and Utilization) 관련 기술이 개발됨에 따라 공정 중 발생한 CO₂를 단순히 저장하는 것에서 벗어나, 유용한 자원으로 전환하는 방법들이 부각되기 시작했습니다.

• 3-2. 현재의 기술적 접근과 사례

• 현재 CCUS 기술은 물리 흡수, 화학 흡수, 막 분리법 등 다양한 방법론으로 나눌 수 있습니다. 이 중에서도 가장 널리 적용되고 있는 것은 습식 포집 기술로, 액체 소화제를 사용하여 CO₂를 흡수합니다. 특히, 화력발전소와 같은 대규모 시설에서 이 기술이 실용화되고 있으며, 보령화력발전소의 10MW급 실증 사례가 그 좋은 예로 손꼽힙니다. 이 실증 프로젝트에서 약 10톤의 CO₂를 하루에 포집하는 데 성공하여, 기존의 기술적 한계를 뛰어넘는 성과를 거두었습니다.

• 또한, 최근에는 특히 건식 포집 기술과 분리막 기술에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있습니다. 건식 포집 기술은 재생 가능한 고체 흡수제를 활용하여 CO₂를 포집하는 방식으로, 한국에너지기술연구원의 사례가 대표적입니다. 분리막 기술은 CO₂를 선택적으로 투과하는 물질을 활용하여, 대기 중에서 저중량으로 저장하고 운반하는 방법론을 제시합니다. 이러한 기술들은 각각의 장단점이 있으며, CO₂를 낮은 에너지 비용으로 포집할 수 있다는 장점이 있습니다.

• 3-3. 효율성이 높은 CCUS 기술의 개발

• 앞선 기술적 발전을 바탕으로, CCUS의 효율성을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 대표적으로는 CO₂의 전환 기술이 있습니다. 이 기술은 포집된 CO₂를 화학적 또는 생물학적 방법으로 활용하여 고부가가치 화합물이나 연료로 전환하는 과정입니다. 경제성이 중요한 이슈로 부각되면서, CO₂는 이제 단순한 온실가스가 아닌 산업적 자원으로 인식되고 있습니다.

• 현재 한국화학연구원은 CO₂를 메탄올이나 메탄 등으로 전환하는 여러 프로젝트를 추진하고 있으며, 이로 인해 CCUS가 경제적 가치 창출에 기여할 수 있는 가능성이 열리고 있습니다. 이러한 기술들은 CO₂를 활용한 저탄소 산업으로의 전환을 가속화 할 것이며, 특히 화학업계 및 전세계적으로 CCUS의 실제적 실행 가능성을 높일 것으로 기대됩니다. 또한, 이러한 연구와 실증을 통해 CCUS 기술의 상용화 단계로 나아가면서, 향후 탄소 중립 목표 달성을 위한 필수적인 요소가 될 것입니다.

4. 최근 기술 개발 동향과 미래 전망

• 4-1. 최신 CCUS 기술 혁신 사례

• 이번 섹션에서는 최근 CCUS 기술의 혁신 사례를 살펴보겠습니다. CCUS는 탄소 포집, 활용 및 저장 기술(Capture, Utilization and Storage)의 조합으로, 세계적으로 많은 주목을 받고 있는 분야입니다. 최근의 한 사례로, 지오에이치텍은 KIERSOL이라는 새로운 흡수제를 개발하여 이를 통해 CO₂ 포집 효율을 크게 개선하였습니다. 이 흡수제는 메탄올이나 아민 기반의 기존 흡수제보다 재생 과정에서 사용하는 에너지를 20% 이상 절감할 수 있습니다. 또한, 이 기술은 부반응을 최소화하여 운영 효율성을 극대화할 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 이러한 혁신적 기술들은 CCUS의 상용화에 큰 도움이 되고 있으며, 전 세계적으로 다양한 기업과 연구기관이 이와 유사한 기술 개발에 집중하고 있습니다.

• 4-2. 정부와 민간의 협력 사례

• CCUS 기술의 발전을 위해 정부와 민간의 협력이 필수적입니다. 특히, 한국전력공사의 습식아민 CO₂ 포집 설비와 같은 사례는 정부 주도의 프로젝트가 어떻게 민간 기업과 연계되어 작동할 수 있는지를 보여줍니다. 정부는 CCUS 기술의 개발과 상용화를 지원하기 위해 필요한 인프라를 구축하고 있으며, 민간 기업은 이러한 지원을 바탕으로 기술 개발에 참여하고 있습니다. 예를 들어, 노르웨이에서는 Longship 프로젝트와 같은 대규모 CCUS 허브가 개발되고 있습니다. 이러한 프로젝트들은 국제적으로도 유사한 성격을 띠며, 다른 국가들에서도 비슷한 방식으로 CCUS 성공 모델을 구축하고 있습니다. 특히, 미국 및 유럽에서의 국가적 지원 정책은 CCUS 기술의 시장 활성화에 크게 기여하고 있습니다.

• 4-3. 2050년 탄소중립 목표를 위한 기술적 도전

• 2050년까지 탄소중립 목표를 달성하기 위해서는 CCUS 기술의 상용화와 효율성 극대화가 필수적입니다. 국제 에너지 기구(IEA)는 이 목표를 달성하기 위해 2030년까지 연간 12억 톤의 CO₂ 포집이 필요하다고 언급했습니다. 그러나 현재 많은 CCUS 프로젝트는 초기 투자비용이 높고, 기술적 불확실성으로 인해 사업성이 낮은 상황입니다. 이는 민간 부문에서 자발적인 투자를 유도하기 어렵게 만들고 있습니다. 특히, CO₂ 포집 기술은 물론, 저장 및 활용 부문에서도 효율적인 방법론을 개발해야 합니다. 예를 들어, 블루수소 생산을 위해서는 천연가스 개질 과정에서 발생하는 CO₂를 60% 이상 포집해야 하므로, 이와 관련된 기술적 도전이 상당합니다. 따라서, 이러한 기술적 도전에 대응하기 위해서는 혁신적인 연구개발과 정부의 지속적인 정책 지원이 필수적입니다.

5. CCUS 정책 제안 및 실질적 투자 방향

• 5-1. CCUS 지원 정책의 필요성

• CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장) 기술은 온실가스 감축을 위한 핵심 전략으로, 이를 지원하기 위한 정책은 국가의 탄소중립 목표를 달성하는 데 있어 필수적입니다. CCUS는 대량의 이산화탄소를 효과적으로 포집하고 활용함으로써 탄소 배출을 줄이고, 이를 통해 지속 가능한 경제 구조를 확립하는 데 중요한 역할을 합니다. 특히, 전 세계적으로 2050년 탄소중립 목표를 달성하기 위해 CCUS 기술의 필요성은 점차 커지고 있으며, 한국에서도 2030년까지 1, 030만 톤의 CO₂를 감축하는 목표를 세우고 있습니다. 이때 CCUS 지원 정책은 기술 개발과 상용화를 촉진하고 민간 투자 유도를 통해, 기술이 실제 경제적 효과를 나타낼 수 있도록 기반을 제공해야 합니다.

• 5-2. 민간 투자의 촉진을 위한 정부의 역할

• 민간 투자를 촉진하기 위해 정부는 CCUS 프로젝트에 대한 다양한 형태의 재정 지원과 안정적인 투자 환경을 조성해야 합니다. 미국 및 유럽의 사례처럼 초기 비용 부담을 줄이기 위해 자본금 지원과 운영 보조금을 제공하는 정책을 적극 도입할 필요가 있습니다. 예를 들어, 미국의 SCALE법은 CO₂ 수송 인프라 구축을 지원하고 있으며, 이러한 모델을 참고하여 한국도 유사한 제도를 마련해야 합니다. 또한, 탄소가격제도와 같은 시장 메커니즘을 도입하여 기업들이 CCUS 기술을 선택하는 데 있어 경제적인 유인을 제공하며, CCUS 기술이 상용화될 수 있는 경제적 조건을 강화해야 합니다.

• 5-3. CCUS 기술 상용화 과정에서의 도전과 기회

• CCUS 기술의 상용화 과정에서는 여러 도전과 기회가 존재합니다. 첫째, 기술적 도전으로는 높은 초기 투자 비용이 문제가 됩니다. CCS 기술의 경우, 포집·액화 기술의 비용이 전체 비용의 약 75%를 차지하며, 이로 인해 민간 기업의 자발적 투자가 어려운 상황입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 정부의 직접적인 정책 지원과 저렴한 재생 에너지의 제공이 필수적입니다. 둘째, 기회로는 CCUS 기술이 블루수소 생태계 등으로 확장될 가능성인데, 이는 이산화탄소를 활용한 산업의 확대와 연계되어 신성장 분야로 자리 잡을 수 있는 기회를 제공합니다. 따라서 정부는 이러한 복합적인 환경에서 CCUS 기술을 활성화할 수 있는 종합적인 정책 마련과 실행을 통해, 시장의 리더십을 가져올 수 있어야 합니다.

결론

• CCUS 기술은 단순히 탄소를 포집하는 과정을 넘어, 탄소 중립 사회 실현의 주춧돌로써 다양한 산업의 혁신과 성장에 기여할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 정책적 지원과 민간 투자의 활성화가 필수적으로 요구되는 이 시점에서, CCUS 기술은 환경 문제 해결뿐만 아니라 경제적 번영의 기회를 창출하는 방향으로 나아가야 합니다.

• 2050년 탄소중립 목표 달성을 위한 국제적인 노력이 진행되고 있는 가운데, CCUS 기술은 이제 선택의 문제가 아닌 필수 전략으로 자리잡고 있습니다. 정부와 민간 부문 간의 진정한 협력이 이루어진다면, CCUS 기술을 통한 온실가스 감축 효과는 더욱 가속화 될 것입니다. 따라서, 지속 가능한 미래를 위해 CCUS 기술의 발전을 위한 정책적 지원과 혁신적인 투자 방향을 모색하는 것이 무엇보다 중요합니다.

• 결론적으로, CCUS 기술은 시장의 리더십을 강화하고, 탄소 배출 문제 해결과 생산성 향상이 함께 이루어지는 선순환 구조를 만들어낼 수 있는 핵심 요소로 자리잡고 있습니다. 앞으로의 연구와 개발이 CCUS 기술의 상용화 및 효과적인 활용으로 이어지길 기대합니다.

용어집

• CCUS [기술]: 탄소 포집, 활용 및 저장 기술로, 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 저장하거나 활용함으로써 탄소 배출을 줄이는 혁신적인 방법.

• CCS [기술]: 탄소 포집 및 저장 기술로, 포집된 이산화탄소를 지하에 안전하게 저장하여 대기로의 재방출을 차단하는 과정.

• CCU [기술]: 탄소 포집 및 활용 기술로, 포집된 이산화탄소를 다양한 산업적 용도로 활용하는 과정.

• Longship 프로젝트 [프로젝트]: 노르웨이에서 시작된 CCUS 기술의 상용화를 위한 대규모 프로젝트로, CCUS 기술을 대규모로 적용하는 첫 사례로 주목받고 있음.

• CO₂ 전환 기술 [기술]: 포집된 이산화탄소를 화학적 또는 생물학적 방법으로 고부가가치 화합물이나 연료로 전환하는 기술.

• 건식 포집 기술 [기술]: 재생 가능한 고체 흡수제를 활용하여 CO₂를 포집하는 방식으로, 에너지 사용을 최소화하는 장점이 있음.

• 분리막 기술 [기술]: CO₂를 선택적으로 투과하는 물질을 사용하여 대기 중에서 CO₂를 저중량으로 저장하고 운반하는 방법.

• 블루수소 [에너지]: 천연가스 개질 과정에서 발생하는 CO₂를 포집하여 생산하는 수소로, 탄소중립 경제에 중요한 역할을 함.

• SCALE법 [정책]: 미국의 CO₂ 수송 인프라 구축을 지원하는 법으로, CCUS 기술의 발전과 상용화에 기여하는 정책.

• 탄소가격제도 [정책]: 온실가스 배출에 가격을 부여하여 기업들이 탄소 저감 기술을 선택하도록 유도하는 시장 메커니즘.

출처 문서

• https://www.nigt.re.kr/gtck/gtcPublication.do?mode=download&articleNo=3065&attachNo=4083
• CCS 기술 상용화 주력… 에너지 비용 절감과 블루수소 시장 공략 - 공학저널http://www.engjournal.co.kr/news/articleView.html?idxno=3031
• 이산화탄소 처리기술 CCUShttps://amenews.kr/skin/news/basic/view_pop.php?v_idx=45537
• CCUS 기술 필요성과 포집 기술 분류2050 넷제로 달성 위해 CCUS 지원 정책은 필수http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=112726