CCUS 없으면 탄소중립도 ‘뜬구름’…동반기술 손꼽혀
CCUS 없으면 탄소중립도 ‘뜬구름’…동반기술 손꼽혀
  • 김진철 기자
  • kjc@energytimes.kr
  • 승인 2021.08.06 10:57
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재생E 출력 변동성 해결과 수소경제 활성화 견인할 핵심기술 손꼽혀
수요 없어 기술 진화 더뎌…탄소중립 등으로 수요 늘면서 기술 진화
발전공기업 중심 실증사업 한창…시대정신 반영 민간기업 행보 속도

【에너지타임즈】 이산화탄소를 배출하지 않겠다는 약속이 우리나라를 비롯한 선진국을 중심으로 이어지고 있다. 기후변화에 따른 위기를 극복하자는 시대정신이 반영되면서 탄소중립이란 표현으로 표출되는 것이다.

이들은 재생에너지 보급 확대와 수소경제 활성화 등으로 온실가스를 배출하지 않는 탄소중립이란 목표를 달성하겠다는 큰 밑그림을 그리고 있다. 다만 이들의 로드맵을 찬찬히 뜯어보면 화석연료를 완전하게 포기한 것은 아니다. 화석연료가 필연적으로 동반될 수밖에 없음을 인정하고 있음이다.

탄소가 중심인 화석연료는 연소과정을 거쳐 온실가스를 대표하는 이산화탄소를 배출한다. 그런 탓에 석탄발전과 가스발전 등 화석연료를 기반으로 하는 발전원이 기후변화 주범으로 내몰리는 이유가 여기에 있다.

그렇다면 탄소중립을 선언한 국가들이 이산화탄소를 배출하지 않겠다는 한편으로 화석연료를 포기할 수 없다는 것은 분명 이율배반(二律背反)적인 행보다.

다만 탄소중립을 정의할 때 화석연료를 사용하지 않겠다는 것이 아니라 이산화탄소를 배출하지 않겠다는 측면에서 접근하면 이들의 행보는 이율배반적인 행보가 아니라 정의로운 행보가 된다. 아무런 문제가 되지 않는다는 뜻이다.

이들은 화석연료 사용에 따라 필연적으로 발생할 수 있는 이산화탄소를 대기 중으로 배출하지 않겠다는 것을 탄소중립 목표로 설정하고 있는 것이다. 그러면서 이산화탄소를 처리할 수 있는 CCUS(Carbon Capture Utilization and Storage) 기술에 주목하고 있다.

이 기술은 탄소중립 선언 이후에도 화석연료를 사용할 수 있도록 하는 중요한 역할과 함께 앞으로 발전산업뿐만 아니라 탄소국경세 도입 등으로 영향을 받게 될 산업의 경쟁력을 확보할 수 있는 기반을 제공할 것으로 기대되고 있다. 

CCUS 개념도.
CCUS 개념도.

화석연료 기반 가스발전 친환경성 강화 가능
당분간 수소시대 이끌 블루수소 생산 전망돼

CCUS 기술은 화석연료 연소과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하고 압축한 뒤 이를 저장하거나 화학소재 등으로 활용하는 일련의 길을 일컫는다. 이른바 화석연료 연소과정에서 발생한 이산화탄소를 대기 중으로 방출하지 않는 기술이다.

우리나라를 비롯한 선진국이 화석연료를 사용하며 탄소중립을 선언할 수 있었던 배경이 이 기술에 있는 것이다.

이 같은 배경에서 이 기술은 탄소중립 목표 달성을 위한 퍼즐이자 재생에너지·수소 등과 함께 반드시 함께 가야만 하는 한 조각인 셈이다.

국제에너지기구(IEA)는 CCUS 기술을 발전시키지 못한다면 탄소중립에 도전하는 것이 무의미하다고 설명하면서 지속 가능한 개발 시나리오에 2070년 탄소중립 과정에서 CCUS 기술 기여도가 15%에 달할 것으로 전망한 바 있다.

그렇다면 탄소중립을 선언한 국가들이 화석연료를 포기할 수 없는 이유를 살펴볼 필요가 있다.

태양광발전과 풍력발전 등 재생에너지 보급이 탄소중립을 달성할 수 있는 대표적인 수단임은 분명하나 기후환경 영향으로 출력이 유동적이란 점은 반드시 풀고 가야 할 숙제다. 이 숙제를 풀 수 있는 가장 현실적인 대안으로 탄소중립을 선언한 국가들은 천연가스를 연료로 하는 가스발전에 주목하고 있다.

안정적인 전력공급을 위해선 기후환경이나 시간에 구애를 받지 않으며 정격출력을 낼 수 있는 발전원이 필요한데 재생에너지는 출력 변동성이란 단점을 갖고 있어 이 역할을 할 수 없다.

현재까지 이 역할을 할 수 있는 발전원은 원전·석탄발전·가스발전 등이다. 원전은 이산화탄소를 거의 배출하지 않는 발전원이지만 폐기물을 처리해야 한다는 점은 아킬레스건으로 손꼽힌다. 석탄발전은 많은 온실가스를 배출하는 단점을 갖고 있다.

다만 가스발전은 화석연료인 천연가스를 연료로 사용하는 발전원이지만 원전처럼 폐기물 문제에서 부담이 없고 석탄발전 절반 수준에서 온실가스를 배출하는 탓에 현재까지 대안으로 손꼽히고 있다.

그렇지만 가스발전도 석탄발전의 절반 수준에서 온실가스를 배출한다는 점은 탄소중립 시대로 가는 길에 반드시 풀어야만 하는 과제다. 이 과제를 풀 수 있는 기술로 CCUS 기술이 주목을 받고 있다.

최근 붐이 일고 있는 수소경제 활성화에 CCUS 기술이 필수적으로 동반될 수밖에 없다.

산업단지 등에서 부산물로 발생하는 수소, 천연가스 등 화석연료에서 추출된 수소, 재생에너지가 생산한 전력으로 물을 분해해 만든 수소 등이 대표적이다.

통상 수소를 분류할 때 화석연료에서 추출한 수소를 그레이수소, 그레이수소 생산과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는 수소를 블루수소, 재생에너지를 활용해 생산한 수소를 그린수소다.

그린수소 생산은 현재 기술개발이 진행되고 있으나 물리적 시간을 필요로 하고 충분한 재생에너지 보급이 이뤄져야 한다는 점은 걸림돌 중 하나다. 이 같은 상황을 고려하면 당분간 수소경제 시대를 이끌어가야 할 수소는 블루수소가 될 것으로 전망되고 있다.

블루수소를 생산하는 과정에서 온실가스를 배출하지 않도록 하는 기술이 바로 CCUS 기술인 것이다.


美·노르웨이 오래전부터 원천기술 상용화
석탄발전소 곳곳에 CCUS 실증설비 운영

CCUS 기술이 탄소중립 시대 중요한 기술로 인지되면서도 그동안 활성화되지 못했던 이유는 어디에 있을까.

일각을 중심으로 완성되지 못한 기술이란 지적과 실현 불가능한 기술이란 지적이 있지만 이미 이 기술은 오래전부터 개발이 이뤄져 왔다. 다만 이 기술이 진화되지 못했던 이유는 이 기술에 대한 수요가 부족했기 때문인 것으로 분석되고 있다. 수요가 부족하면 당연히 기술 진화가 이뤄지지 않는 것은 당연한 일이다.

다만 지금은 기후변화대응과 탄소중립 선언 등으로 수요가 늘어날 것으로 전망되면서 기술개발이 진화될 것으로 기대되고 있다.

CCUS 기술 중 하나인 EOR(Enhanced oil recovery) 기술은 이산화탄소를 유전과 가스전에 주입해 원유와 천연가스의 회수율을 높이는 기술이며, 1972년부터 미국에서 이 기술은 활용되고 있다.

노르웨이는 이산화탄소를 지하공간에 저장해 대기와 격리할 수 있는 기술의 개발을 완료하고 1996년 세계 최초로 상용화에 성공한 바 있다. 이후 다양한 프로젝트를 추진하고 있다.

현재 운영 중인 26개 CCUS 프로젝트는 연간 4000만 톤에 달하는 이산화탄소를 처리하는 것으로 알려져 있으며, 현재 추진 중인 37개 프로젝트가 본격적인 운영에 들어갈 경우 연간 7500만 톤에 달하는 이산화탄소를 추가로 처리할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

우리나라에서도 CCUS 기술을 개발하기 위한 행보가 이어지고 있다.

남부발전은 2009년부터 10MW급 건식 CCUS 기술개발을 추진했으며, 2016년 6월 하동빛드림본부(舊 하동발전본부)에 실증설비 설치를 완료하고 현재 실증사업을 추진하고 있다.

건식 CCUS 기술은 배기가스 중 이산화탄소를 고체 흡수제로 빠르게 이산화탄소를 흡수해 고동노로 분리하고 포집하는 기술이다. 2차 오염에 대한 영향이 없어 친환경 기술로 손꼽히고 있다.

특히 남부발전은 이 설비에서 포집한 이산화탄소 순도를 99.5% 이상으로 액화한 뒤 용도별로 소화기 제조나 용접용 가스 등 산업체에 공급하고 있다. 또 포집한 이산화탄소를 활용해 미세조류를 키워 화장품 등에 활용한 실증사업을 추진한 바 있다.

최근 남부발전은 이산화탄소를 물과 함께 공급하면 식물의 생육 촉진과 수량 증대, 품질향상 등의 효과를 낼 수 있다는 것을 반영해 이산화탄소 활용 영농복지 시범사업을 추진하기로 하는 등 영세농가의 선진 농업기술을 할 수 있도록 돕는 프로젝트를 추진하고 있다.

중부발전과 서부발전도 자사 발전소 내 CCUS 관련 실증설비를 설치해 현재 운영을 하고 있다.


최근 민간 영역에서 CCUS 관심 고조
기술 진화와 시장 창출 등 견인 관측

조만간 민간 영역에서의 CCUS 기술개발도 활성화될 것으로 전망되고 있다.

탄소국경세 도입 등 탄소중립 선언과 ESG 경영이란 시대정신을 반영하지 못하면 앞으로 기업경영에 많은 제약이 있을 것이란 위기감으로 민간기업들이 앞다퉈 CCUS 기술개발과 시장을 만들어내고 있기 때문이다.

최근 공격적인 행보에 나선 기업으로 SK E&S가 눈에 띈다.

지난 6월 SK E&S는 자사에서 운영하는 가스발전과 열병합발전의 가동과 수소를 생산하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 원천적으로 봉쇄할 수 있는 CCUS 기술을 개발하기로 하고 에너지기술연구원 등과 협력체계를 구축한 바 있다.

그 일환으로 SK E&S는 이산화탄소를 대량으로 포집할 수 있는 습식기술 고도화를 비롯해 가스발전소 운영과 수소를 생산하는 과정에서 발생하는 기술개발은 물론 다양한 산업 분야까지 적용 범위를 확대해 나가는 것에 역량을 집중하고 있다.

특히 SK E&S는 호주로부터 연간 115만 톤에 달하는 LNG를 도입하고 있는 가운데 지난 3월 2012년부터 개발해온 호주 바로사-칼디따(Caldita-Barossa) 가스전에 14억 달러를 추가로 투자해 CCUS 기반으로 가스전을 개발하겠다고 선언한 바 있다.

최근 댄 테한(Dan Tehan) 호주 통상관광투자부 장관은 추형욱 SK E&S 사장과 만난 자리에서 친환경 가스전 개발은 탄소중립을 위해 꼭 필요하다면서 가스전 개발의 친환경성을 높일 수 있도록 호주 정부도 지원을 아끼지 않을 것을 약속했다.

또 SK E&S는 호주 가스전을 포함해 해외 가스전을 대상으로 이산화탄소 배출 없는 천연가스를 생산해 국내에 도입하고 이를 활용해 블루수소를 생산하는 등 친환경성과 지속가능성을 극대화해 나가겠다는 큰 그림을 그리기도 했다.

포스코는 CCUS 기술 등 혁신적인 기술개발로 생산과정에서 이산화탄소가 발생하지 않는 그린스틸 생산 기반을 마련하는 등 아시아지역 철강회사 최초로 2050년까지 탄소중립을 달성하겠다고 지난해 12월 선언한 바 있다.

롯데케미칼은 수소 성장 로드맵을 공개하고 2030년까지 60만 톤 규모의 청정수소를 생산하겠다는 계획을 발표했다. 그 일환으로 CCUS 설비를 여수공자에 설치해 연간 6만 톤에 달하는 이산화탄소 포집을 위한 실증 연구를 진행하고 있다.

 


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