이산화탄소 포집·저장(이하 CCS)은 우리나라의 에너지 다소비형 산업구조와 화석연료 중심의 에너지공급 체계를 고려할 때 경제성장과 온실가스 감축 모두를 달성할 수 있는 ‘온실가스 없는 화력발전 기술’로 평가 받고 있다. CCS가 온실가스 감축의 현실적 대안으로 부각되고 있다. 특히 2030년 국가 온실가스 감축목표 달성을 위한 감축수단 확보가 국가적 지상과제가 됐고 2030년까지 기술실증을 완료하고 실질적 감축수단으로 이용하기 위해서는 해양저장소 확보 등 실증사업 추진이 중요한 상황이다.<변국영 기자>

정부는 지난 2010년 ‘국가 CCS 종합 추진계획’을 발표했다. 정부와 민간이 공동 투자해 2020년까지 ‘대규모(100MW급) CCS 포집·저장 플랜트’실증 사업을 추진키로 함으로써 온실가스를 감축할 수 있는 새로운 수출 동력을 찾을 수 있게 됐다.

그동안 실험실 수준에서 가능했던 기술을 시장성 있는 규모로 격상하기 위한 것으로 포집 과정의 경제성 확보, 지중저장 시 안전성 검증, 육상 또는 해양 저장소 선정 등 상용화를 위한 실체적 기술을 확보하게 된다.

정부는 CCS 플랜트 상용화 성공으로 2030년까지 약 100조원 규모의 매출 및 10만명 이상의 일자리 창출 효과를 가져올 것으로 전망하고 있다.

정부가 CCS에 주목하는 이유는 온실가스를 감축하기 위한 현실적 대안이기 때문이다. IEA는 2050년 전 세계 온실가스 감축량의 19%를 CCS가 담당할 것으로 전망하기도 했다.

CCS 시장 선점을 위한 경쟁 가속화되고 있다. CCS 플랜트 시장은 2020년 100기 →2030년 850기→ 2050년 3400기로 급속히 성장할 것으로 보인다. 결국 효율적인 기술개발을 통한 온실가스 감축 및 신성장동력 창출을 위해 국가 종합 추진계획이 필요하게 됐다.

정부는 ‘세계 CCS 기술강국 도약’이라는 비전을 세웠다. 목표는 2020년까지 플랜트 상용화 및 국제 기술경쟁력을 확보하는 것이다. 100만톤급 포집·수송·저장 통합 실증을 완료하고 $30/tCO2 이하 처리비용 달성을 위한 원천기술을 확보한다는 계획이다.

포집 분야에서는 NBIT 기술과의 융합연구를 통해 포집비용 $20/tCO2 이하 달성이 가능한 원천기술을 4개 이상 확보해야 한다. 개발된 기술의 단계적 격상연구를 통해 2020년까지 100MW 이상 실증사업 2개를 완료한다는 방침이다. 산업부는 CCS 실증 및 상용화 역할을 맡아 그동안 10MW급(연간 7만톤 CO2 포집 가능) 포집플랜트 2기를 건설해 실증했다.

수송 분야는 수송비용 저감을 위한 선박수송 대안을 검증하고 민간 참여를 통해 기술을 조기에 확보하는 것이 중요하다. 2020년 이후 장기간·대규모 수송을 위한 파이프라인 수송기술을 확보하고 국가 CO2 수송 인프라망 구축을 추진하게 된다.

저장과 관련 울릉분지에 대한 정밀탐사를 통한 저장 실증지를 확보하고 국내 저장 잠재용량 평가를 통해 연안 해역별 대규모 저장소를 확보해야 한다. 국내 연안 해저지중에 소규모 주입 저장을 준비하고 있다.

전환기술 개발과 관련 장기적 관점에서 포집된 대량의 CO2를 화학적·생물학적으로 전환해 이용할 수 있는 새로운 개념의 한계돌파형 원천기술 개발이 추진된다. CO2를 원료로 유용물질을 생산하고 유독한 화학공정을 대체하는 한편 최신 바이오기술을 활용한 고효율 바이오디젤 생산기술 개발을 목표로 하고 있다.

이를 위해서는 계획상 2010∼2019년까지 총 2조3000억원 규모의 투자가 필요하다. 정부가 1조2000억원, 민간이 1조1000억원을 투자하는 것을 계획하고 있다. 차세대 기술개발에도 2400억원(10%), 상용화를 위한 실증에 1조9200억원(84%), 환경관리 및 기반구축에 1400억원(6%)이 투자 소요가 있다.

정부는 기술자립과 관련 선진국과 비교해 2020년 90%, 2030년 100% 달성을 목표로 하고 있다.
 

 ▲주목받는 CCU 기술 개발

CO2를 단순히 묻지 않고 ‘원료로 전환’

‘이산화탄소 처리=비용 부담’이라는 기존의 인식을 깨고 이산화탄소를 고부가가치의 원료나 친환경적인 연료로 전환하는 노력이 시도되고 있다. CCU 기술이 환경문제 해결과 수익 창출의 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 대안 중 하나로 주목받고 있다.

2010년 기준 전세계 이산화탄소 배출량은 약 330억 톤으로 이 가운데 발전소에서 배출된 이산화탄소가 40% 이상을 차지한다. 화석 연료에 절대적으로 의존하고 있는 에너지 구조를 단기간 내에 바꾸기 어려운 상황에서 이산화탄소 배출은 증가할 수밖에 없다. 발전소, 제철소 등 주로 대량의 이산화탄소 배출원에 적용될 수 있는 CCS는 구현될 경우 기존의 에너지 구조 하에서도 단번에 이산화탄소를 제거할 수 있는 효과적인 방법임에 틀림없다. 이러한 장점에도 불구하고 저장과 관련한 문제점들로 인해 CCS가 과연 실제로 구현 가능할 것인지 의문도 제기되고 있다.

우선 현실적으로 접근 가능한 저장 장소가 제한적이다. 저장 능력 및 안정성 측면에서 적합한 장소로는 지하 약 1000m 깊이의 대염수층 및 석유·가스층, 석탄층 등이 있다. 그러나 이들 장소는 대부분 이산화탄소 발생원과 상당히 멀리 떨어져 있어 접근성이 극히 낮다.

두 번째로 비교적 접근 가능한 지역에 저장능력이 충분한 안정적 저장 공간이 존재한다 하더라도 정치적 이슈가 여전히 걸림돌로 작용할 가능성이 높다. 일정하게 흘러나오는 대량의 이산화탄소를 운송해야 하는 만큼 이산화탄소 저장을 위해서는 장거리의 파이프라인 구축이 불가피하다. 그런데 파이프라인 인프라 구축은 해당 지역주민 및 정부의 이해관계, 이산화탄소 누출 리스크 등이 복잡하게 얽혀 추진에 난항이 거듭될 전망이다.

석탄화력이 전력생산의 큰 비중을 차지하고 있어 CCS 기술 개발에 적극적인 입장을 취해온 독일에서조차 CCS 시범 프로젝트 추진에 있어 정치적 이슈가 걸림돌이 되고 있다. 지난 4월 독일 정부가 발표한 이산화탄소 저장 테스트와 관련한 법안에서 독일은 지방 정부로 하여금 실증 테스트에 대한 승인 여부를 결정할 수 있게 함으로써 CCS를 혐오시설로 인식하고 있는 지역 주민들의 손을 들어줬다.

이렇듯 CCS 기술이 테스트조차 하기 전에 브레이크가 걸릴 가능성이 높아짐에 따라 이산화탄소 처리에 대해 다른 방식의 접근이 시도되고 있다. 막대한 탄소 자원의 원천이 될 수 있는 이산화탄소를 쓰레기처럼 묻어버릴 것이 아니라 재활용하는 방법을 찾기 시작한 것이다. CCS와 같이 한 번에 다량의 이산화탄소를 처리하기는 어렵겠지만 입지조건에 대한 제약이 적고, 비용 발생이 아닌 수익 창출이 가능하고, 재활용을 통해 대체 화석연료로 전환할 수도 있다는 점 등에서 CCU가 주목 받고 있다.

그런데 이산화탄소의 재활용 방안을 모색하는데 있어서는 반드시 충족돼야만 하는 몇 가지 핵심 원칙들이 있다.

첫 번째로 이산화탄소를 재활용하는 새로운 공정은 전체 가치사슬 과정에서 총 이산화탄소 발생량을 줄일 수 있어야 한다. 두 번째로 이산화탄소를 재활용하는 새로운 공정이 기존 대체 공정 대비 에너지 및 자원 사용량을 줄일 수 있어야 한다는 점이다.

실제로 이산화탄소는 화학적·열역학적으로 매우 안정한 물질로 이를 물리화학적으로 변환하기 위해서는 많은 에너지를 필요로 한다. 이산화탄소가 주로 1000℃ 수준의 발전 과정에서 배출되는 물질임을 생각해볼 때 동일한 열화학적 방법으로 이산화탄소를 변환시키려는 시도는 에너지 문제 해결에 역행하는 방식일 가능성이 높다. 이같은 방식은 원천적으로 CCU의 범위에서 제외돼야 할 것이다.

세 번째로 이산화탄소를 재활용하는 새로운 공정은 보다 친환경적이며 안전한 작업 조건을 지녀야 하며 마지막으로 경제성 확보가 가능해야 할 것이다. 이같은 4가지 전제 조건 하에서 혁신적인 CCU 기술에 대한 연구 개발이 활발하다.

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