탄소중립 핵심축 CCUS: 개념부터 글로벌 동향·국내 과제·미래 전망까지

1. 요약

• 탄소중립을 위한 핵심 기술로 자리 잡은 CCUS는 'Carbon Capture, Utilization and Storage'의 약자로, 이산화탄소(CO₂)를 포집하고 활용하며 저장하는 과정을 포함합니다. 이 기술은 산업에서 발생하는 CO₂를 지중에 안전하게 저장하거나 유용한 자원으로 전환하는 데 필수적입니다. CCUS는 특히 국제 에너지기구(IEA)와 같은 기관에서 강조하는 바와 같이, 온실가스 감축 목표 달성에 있어 결정적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

• CCUS 기술은 크게 세 가지 구성 요소로 나뉘는데, 포집(Carbon Capture), 저장(Storage), 활용(Utilization)이 그것입니다. 포집 단계는 산업 공정에서 이산화탄소를 다양한 기술을 통해 정제하는 과정으로 이루어집니다. 저장 단계에서는 포집된 CO₂를 심부 암층에 주입하여 대기 중으로 방출되는 것을 막는 안전한 저장 방식이 적용됩니다. 마지막으로, 활용 단계에서는 CO₂를 화학 물질이나 바이오 연료로 변환하여 경제적 가치를 창출하는 방식입니다. CCU(탄소 포집 및 활용)와 CCS(탄소 포집 및 저장)는 이 과정에서 서로 보완적인 역할을 해오고 있습니다.

• 현재 CCUS는 글로벌 특허 경쟁이 심화되고 있으며, 중국의 시노펙과 같은 대규모 포집 시설이 그 성과를 증명하고 있습니다. 이는 CCUS 기술의 발전과 상용화에 있어 선도적인 역할을 하고 있음을 보여주며, 국제적인 경쟁력을 강화하는 데 이바지하고 있습니다. 국내에서도 한국전력공사 등 다양한 기관이 최신 기술 개발에 박차를 가하고 있으며, 습식아민 설비를 통한 실증 프로젝트 등으로 CCUS 기술역량을 높이고 있습니다.

• 정책적 측면에서도 CCUS의 중요성이 부각되고 있습니다. 대한상공회의소는 CCUS가 탄소중립 이행의 핵심 기술로 자리 잡았음을 강조하며, 정부와 산업계의 정책적 지원 강화를 요청하고 있습니다. 이러한 요구는 CCUS 기술에 대한 투자가 필수적임을 보여주며, 2050년까지의 목표 달성을 위한 안정적인 성장 기반이 필요합니다.

• 결론적으로, CCUS는 탄소중립 목표로 향하는 길에서 필수불가결한 기술이며, 향후 연구개발 및 정책적 지원을 통해 발전할 것이 기대됩니다.

2. CCUS 기술의 개념과 구성 요소

• 2-1. CCUS 정의 및 기술 범위

• CCUS는 'Carbon Capture, Utilization and Storage'의 약자로, 이산화탄소(CO₂)를 포집하여 저장하고 활용하는 기술입니다. 이 기술은 산업 시설에서 발생하는 CO₂를 지중에 저장하거나 유용한 자원으로 전환하는 과정까지 포함되며, 탄소 중립 달성을 위한 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다. CCUS의 중요성은 국제 에너지기구(IEA)와 같은 여러 기관에서 지속적으로 강조되고 있으며, 향후 온실가스 감축 목표 달성을 위해 CCUS 기술이 필수적으로 필요하다고 보고되고 있습니다.

• 2-2. 포집(Carbon Capture)·저장(Storage)·활용(Utilization) 구분

• CCUS는 크게 세 가지 구성 요소인 포집, 저장 및 활용으로 나눌 수 있습니다. 포집(Carbon Capture) 단계에서는 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 다양한 기술을 통해 분리하는 과정이 이루어집니다. 여기에는 연소 후 포집, 연소 전 포집, 그리고 순산소 연소 등이 포함됩니다.

• 그 다음, 저장(Storage) 단계에서는 포집된 CO₂를 안정적으로 보관하기 위한 방법이 필요합니다. 지중 저장은 일반적으로 심부 암층에 인위적으로 주입하여 CO₂를 대기로부터 차단하는 방식입니다. 이외에도 해양 저장과 같은 방법도 존재합니다.

• 마지막으로, 활용(Utilization) 단계에서는 포집된 CO₂를 가치 있는 자원으로 전환합니다. CO₂를 이용해 화학물질을 생산하거나 바이오 연료로 변환하는 등의 과정이 포함되며, 이는 CCU(Carbon Capture and Utilization)라고도 불립니다. 이 기술들은 대규모 산업에서 발생하는 대량의 CO₂를 관리하는 데 필수적인 역할을 하고 있습니다.

• 2-3. CCU와 CCS의 차별점

• CCU(탄소 포집 및 활용)와 CCS(탄소 포집 및 저장)는 CCUS의 두 가지 주요 구성 요소로, 그 목적과 적용방식에서 차이를 보입니다. CCS는 보통 산업 시설에서 발생한 CO₂를 지중에 안정적으로 저장하는 기술을 의미합니다. 이 경우 CO₂는 대기 중으로 방출되지 않도록 차단하며, 이 과정은 백년 이상 지속될 수 있어 지구 온난화 저감의 중요한 수단이 됩니다.

• 반면 CCU는 포집된 CO₂를 활용하여 새로운 제품이나 에너지를 생성하는 것을 목적으로 합니다. 예를 들어, CO₂를 원료로 사용해 화학품, 연료 또는 농업에서의 비료로 변환하는 기술들이 이에 해당합니다. 이렇게 전환된 제품은 경제적 부가가치를 창출하는 데 기여할 수 있으며, 지속 가능한 개발 목표와도 일치합니다.

• 이러한 두 기술은 각기 다른 방식으로 탄소중립 목표 달성과 온실가스 감축에 기여하고 있습니다. CCS가 CO₂를 장기적으로 저장하는 것을 목표로 하는 반면, CCU는 CO₂를 현대 산업에서 손실되지 않도록 활용하는 방법을 모색하고 있습니다. 따라서 두 기술은 상호 보완적인 관계에 있으며, 탄소중립을 위한 전략적 접근이 필요합니다.

3. 글로벌 특허 경쟁과 주요국 동향

• 3-1. 시노펙의 대규모 포집·격리 시설 사례

• 시노펙이 운영하는 대규모 탄소 포집 및 격리 시설은 연간 100만 톤 이상의 이산화탄소를 저장할 수 있는 능력을 보유하고 있다. 이 시설은 중국의 탈탄소화 노력과 맞물려 있으며, 세계적으로 증가하는 온실가스 감축 요구에 부응하기 위한 중요한 사례로 평가받고 있다. 탄소 포집 및 활용 기술이 발전하면서 시노펙은 CO2를 메탄 등의 연료로 전환하거나 화학물질 생산에 활용하는 방법도 연구하고 있다. 이러한 시설들의 성장은 중국의 글로벌 CCUS 시장 점유율을 높이는 동시에, 관련 기술 개발의 선도적인 역할을 하고 있음을 보여준다. 이러한 기술 개발과 상용화는 중국이 탄소중립 목표를 달성하는 데 없어서는 안 될 기반이 되고 있다.

4. 국내 CCUS 기술개발 동향

• 4-1. 2022년 국내 CCU 최신 기술개발 사례

• 2022년은 국내 CCU(탄소 포집 및 활용) 기술개발에 있어 중요한 이정표가 된 해로, 다양한 신기술이 개발 및 실증되었습니다. 특히, CCU 기술은 탄소를 다양한 고부가 가치 제품으로 전환할 수 있는 가능성을 지니고 있어, 탄소중립 사회 실현을 위한 핵심 기술로 인식되고 있습니다. 국내 연구기관과 기업들은 정부의 지원을 받으며, 기존의 탄소 포집 기술을 발전시키고 새로운 활용 기술을 모색하고 있습니다. 예를 들어, 한국에너지기술연구원은 연소배가스에서 CO2를 효율적으로 포집할 수 있는 습식 포집기술의 상용화에 가까워졌습니다.

• 4-2. 한국전력공사 습식아민 CO₂ 포집 설비

• 한국전력공사는 습식아민을 이용한 CO₂ 포집 설비의 실증을 통해 국내 CCUS 기술개발에 기여하고 있습니다. 보령화력발전소에서 10MW급의 실증을 진행하였으며, 이 설비는 연소배기가스에서 CO₂를 효과적으로 포집하도록 설계되었습니다. 특히, 습식 포집 기술은 CO₂가 액체와 접촉할 때의 기체 용해도 차이를 활용하는 방식으로, 써지 수소나 기타 화학 물질의 생산에 매우 유용하게 활용될 수 있습니다. 이 과정에서 전기화력산업 내에서 온실가스를 저감하는 효과를 기대할 수 있으며, 향후 이 기술이 상용화될 경우 발전소의 탄소배출을 현저히 줄일 수 있을 것으로 예상됩니다.

• 4-3. 주요 연구기관 및 산업계 연계 현황

• 국내 CCUS 기술 개발 생태계는 다양한 연구기관과 산업계의 협업을 통해 확장되고 있습니다. 한국에너지기술연구원, 한국화학연구원, 전력연구원 등이 주도적으로 기술 개발을 진행하고 있으며, 이들 기관은 서로의 기술을 공유하고 협력하여 CCUS 분야의 역량을 강화하고 있습니다. 특히, 탄소포집 및 활용 기술 개발은 단순히 독립된 연구로 끝나는 것이 아니라, 산업의 요구에 맞춰 실증 사업 및 상용화 단계로 나아가고 있습니다. 이러한 협업의 결과로, 탄소 활용 기술에서는 다양한 고부가가치 제품이 개발되고 있으며, 산·학·연의 통합적인 접근이 이루어지고 있습니다.

5. 정책 지원의 필요성과 과제

• 5-1. 대한상공회의소의 정책 제언

• 대한상공회의소는 CCUS의 중요성이 날로 증가함에 따라, 정부와 산업계가 함께 정책적 지원을 강화해야 한다고 주장하고 있습니다. 최근 보고서에 따르면, CCUS는 탄소중립 이행의 핵심 기술 중 하나로 자리 잡았으며, 이를 통해 탄소배출을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 또한, CCUS 기술에 대한 투자가 이루어져야만 탄소중립 목표인 2050년까지의 온실가스 감축이 가능하다는 점을 강조하고 있습니다. 따라서 CCUS 지원 정책을 강력히 추진하여 산업이 안정적으로 성장할 수 있도록 뒷받침해야 할 시점입니다.

• 5-2. 산업계의 긴급 요구사항

• 산업계는 현재 CCUS 관련 프로젝트에 대한 정부의 확실한 지원과 함께, 명확한 정책 방향을 요구하고 있습니다. CCUS는 초기 투자비용이 높고, 수익성이 낮은 투자라는 측면에서 민간의 자발적인 투자를 기대하기 어려운 상황입니다. 따라서, 정부의 재정적 지원이 필수적이며, 이를 통해 산업계가 CCUS 기술 개발과 상용화에 필요할 수 있는 여건을 조성해야 합니다. 이 밖에도 기업들이 CCUS를 위해 해외 탄소 저장소를 확보하는 것도 중요하며, 이를 위한 정부 차원의 협력이 필요합니다.

• 5-3. 해외 정책 지원 사례와 비교

• 국외에서는 중국, 미국, 유럽연합과 같은 주요국들이 CCUS를 지원하기 위한 다양한 정책을 도입하고 있습니다. 예를 들어, 미국의 인플레이션 감축법(IRA)은 탄소 포집과 관련된 프로젝트에 세액 공제를 제공하며, 캐나다와 유럽연합도 CCUS 기술에 대한 인센티브를 확대하고 있습니다. 유럽연합은 '넷제로 산업법'을 제정하여 CCUS를 전투 전략 기술로 포함시키고 이를 통해 기술과 제품의 공급망을 역내에서 확보하기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 해외 사례들은 우리나라가 CCUS 정책을 세우는 데 있어 참고가 될 뿐만 아니라, 정부와 산업계가 서로 협력하여 CCUS 기술을 강화하는 데 필요한 모델을 제시하고 있습니다.

6. 2050 넷제로와 CCUS의 향후 전망

• 6-1. 2050 넷제로 목표 달성에서 CCUS 역할

• 2050년까지 탄소중립(Net Zero)을 목표로 하는 정책은 전 세계적으로 확산되고 있으며, CCUS(탄소포집, 활용 및 저장) 기술은 이 목표를 달성하기 위한 중요한 열쇠로 부각되고 있습니다. CCUS를 통해 산업 분야에서 발생하는 이산화탄소(CO₂)를 효과적으로 포집하고 이를 저장하거나 활용함으로써 대기 중 탄소 농도를 줄일 수 있으며, 따라서 온실가스 감축에 기여하게 됩니다. CCUS 기술은 특히 화력발전, 철강, 시멘트와 같은 탄소 배출이 많은 산업에서 그 효용이 클 것으로 예상됩니다.

• 국내의 경우 2030 국가 온실가스 감축목표(NDC)에 따라 CCUS 기술을 통해 약 1, 030만 톤의 온실가스를 감축할 계획이며, 2050년 탄소중립 목표를 달성하기 위해서는 CCUS 기술이 약 5, 500만 톤에서 8, 500만 톤의 CO₂ 감축을 지원해야 합니다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 CCUS의 연구개발 및 상용화가 필수적이며, 이에 대한 투자 및 정책 지원이 뒷받침되어야 합니다.

• 6-2. 연구·투자 및 상용화 전략

• CCUS 상용화의 실현을 위해서는 체계적이고 지속적인 연구 및 투자가 필요합니다. 특히, 탄소 포집 기술의 성능을 향상시키고 비용을 절감하기 위한 연구가 중요합니다. 현재 CCUS 기술은 다양한 포집 기술로 구분되며, 습식, 건식, 분리막 포집 기술 각각의 장단점이 존재합니다. 앞으로의 연구락 및 투자 방향은 이러한 기술들이 상용화될 수 있도록 하는 데 초점을 두어야 할 것입니다.

• 또한, CCUS의 상용화는 지자체와의 협력, 산업계와의 투자유치, 학계의 연구개발 연계가 필수적입니다. 정부와 산업이 공동으로 R&D 투자에 나서고, 기술 개발을 통해 시제품을 만들어내는 사례가 늘어날 필요가 있습니다. 또한 탄소 시장 제도 구축과 함께 CCUS 기술이 효과적으로 활용될 수 있는 환경을 조성하는 노력이 필요합니다.

• 6-3. 확산을 위한 주요 과제

• CCUS 기술의 성공적인 확산을 위해 해결해야 할 주요 과제는 다음과 같습니다. 첫째, CCUS 기술에 대한 이해 부족과 전문가 부족을 해소하기 위해 정부와 학계의 협력이 필요합니다. 이를 위해 교육 프로그램 및 공개 세미나 등을 통해 일반 대중과 전문가의 이해를 도울 필요가 있습니다.

• 둘째, CCUS 프로젝트의 초기 투자비용 문제를 해결하기 위해 정부의 재정적 지원과 함께 민간 투자가 활성화되어야 합니다. 이는 정부가 CCUS 관련 법안을 수립하고 정책적 지원을 확대해야 가능할 것입니다.

• 셋째, CCUS의 적용 가능한 지역에 대한 연구가 선행되어야 합니다. 특정 산업 밀집 지역, 발전소 근접 지역에서 CCUS 플랫폼 모델을 개발하고 실증 프로젝트를 통해 그 효과를 검증해야 합니다. 이러한 과제를 통해 CCUS는 2050 넷제로 목표 달성을 향한 유효한 수단으로 자리 잡을 것입니다.

결론

• CCUS 기술은 탄소중립을 실현하기 위한 필수적인 접근법이며, 현재 그 중요성이 날로 증가하고 있습니다. CCUS의 성과는 개념 정의 단계에서 출발하여 글로벌 특허 경쟁까지 이어지고 있으며, 이는 기술 혁신을 촉진하는 긍정적인 작용을 하고 있습니다. 특히, 중국과 미국의 특허 우위를 분석함으로써 이들 국가가 기술 개발에 박차를 가하고 있고, 이는 한국을 포함한 다른 국가들에게도 중요한 시사점을 제공하고 있습니다.

• 현재 한국전력공사와 같은 주요 기업들이 습식아민 설비를 통한 실증 프로젝트를 추진함으로써 CCUS 기술의 가능성을 넓혀가고 있습니다. 이러한 프로젝트는 연구 개발의 진행 상황과 함께 본 기술의 상용화를 앞당기는 중요한 역할을 하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 대한상공회의소의 보고서는 정책 지원의 긴급성을 강조하고 있어, 정부의 입법 및 재정 지원이 절실한 상황입니다.

• 2050년 넷제로 목표 달성을 위해서는 CCUS 기술 고도화와 연구 투자 확대가 필수적으로 이루어져야 하며, 이를 통해 온실가스 감축 목표를 효과적으로 달성할 수 있을 것입니다. 향후 CCUS 상용화 전략은 비용 절감과 운용 안전성을 유지하면서, 국제 협력과 지식 공유 체계를 구축하는 방향으로 나아가야 합니다. 이런 접근이 이루어질 경우 CCUS는 지속 가능하고 경제적인 탄소중립 사회 구현을 위한 중요한 수단으로 자리 잡을 것입니다.

용어집

• CCUS: CCUS는 'Carbon Capture, Utilization and Storage'의 약자로, 이산화탄소(CO₂)를 포집하고 저장하며 활용하는 기술입니다. 이 기술은 탄소중립 달성을 위한 핵심 요소로, 산업 공정에서 발생하는 CO₂를 지중에 안전하게 저장하거나 경제적 자원으로 전환하는 과정까지 포함합니다.

• CCU: CCU는 'Carbon Capture and Utilization'을 의미하며, 포집된 이산화탄소를 경제적 가치가 있는 자원으로 변환하는 기술입니다. CCU 기술은 CO₂를 활용하여 화학물질이나 연료를 생산함으로써 온실가스 감축에 기여합니다.

• CCS: CCS는 'Carbon Capture and Storage'의 약자로, 산업 공정에서 발생한 이산화탄소를 지중에 안전하게 저장하는 기술을 의미합니다. CCS는 CO₂의 대기 중 방출을 방지하여 지구 온난화를 저감하는 중요한 수단입니다.

• 탄소중립: 탄소중립은 이산화탄소 등 온실가스를 배출할 때, 동등한 양을 제거하거나 상쇄하여 순 배출량을 제로로 만드는 상태를 말합니다. 국제적으로 2050년까지 탄소중립 목표 달성을 위한 기술과 정책이 부각되고 있습니다.

• 온실가스감축: 온실가스감축은 이산화탄소 및 메탄과 같은 온실가스의 배출량을 줄여 지구의 평균 온도 상승을 억제하기 위한 노력입니다. CCUS는 이 목표를 지원하는 핵심 기술로 자리잡고 있습니다.

• 넷제로: 넷제로는 특정 시점까지 온실가스 배출량과 제거량을 동등하게 맞추어 순 배출량을 제로로 만드는 목표를 의미합니다. 많은 국가들이 2050년까지 넷제로를 실현하기 위해 다양한 기술적 접근 방식을 채택하고 있습니다.

• 습식아민 포집기술: 습식아민 포집기술은 CO₂를 액체 아민과 접촉시켜 CO₂의 기체 용해도를 이용하여 효과적으로 포집하는 방식입니다. 한국전력공사는 이 기술을 통해 CO₂ 포집 설비의 실증을 진행하고 있습니다.

• 대한상공회의소: 대한상공회의소는 한국의 상공업계를 대표하는 조직으로, CCUS의 중요성을 강조하며 정부와 산업계에 정책적 지원 강화를 촉구하고 있습니다. 이들은 탄소중립 이행을 위한 CCUS 기술의 필수성을 주장하고 있습니다.

• 시노펙: 시노펙은 중국의 대규모 에너지 및 화학 회사로, CCUS 기술을 활용한 대규모 탄소 포집 및 격리 시설을 운영하고 있으며, 이를 통해 CO₂의 저장과 활용 기술 개발에 기여하고 있습니다.

• 정부 정책 지원: CCUS 기술의 발전을 위해 정부의 정책적 지원과 재정적 투자가 필수적이라는 점은 각종 보고서에서 강조되고 있으며, 이는 탄소중립 목표 달성을 위한 안정적인 성장 기반으로 작용합니다.

• 기술개발: 기술개발은 CCUS와 같은 혁신적 기술이 상용화되기 위해 필요한 연구와 개발의 과정입니다. 이 과정에서는 고부가가치 제품으로의 전환이 이루어져 탄소 배출 저감에 기여합니다.

출처 문서

• https://www.nigt.re.kr/gtck/gtcPublication.do?mode=download&articleNo=3065&attachNo=4083
• 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
• 세계 주요국, 탄소포집기술 집중 육성...한국 상황은?https://www.ekoreanews.co.kr/news/articleView.html?idxno=73475
• '탄소중립'에 불붙은 CCUS 산업..."정책 지원 시급"https://www.kgnews.co.kr/news/article.html?no=744564