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배출되는 이산화탄소를 모아서 환경을 지키는 기술의 힘!

전 세계 곳곳에서 기후 위기로 인한 피해가 현실이 되고 있습니다. 내일을 위한 변화가 절실한 시점에서, 지속 가능 에너지 생산에 도움이 되고 탄소중립을 달성하기 위한 핵심 기술로 ‘CCUS’가 주목받고 있습니다.

CCUS 없이 온실가스 순 배출량이 0인 ‘넷제로(Net-Zero)*에 도달하는 것은 불가능하다는 전망이 나오면서 전 세계적으로 CCUS 기술 개발에 힘쓰고 있는데요. CCUS란 무엇이고, 왜 중요한지 S-OIL과 함께 알아보세요!

1. 탄소를 모아 격리 및 활용하는, CCUS

CCUS는 Carbon Capture Utilization and Storage의 약자로, 배출원을 통해 공기 중에 배출되는 이산화탄소(CO₂)를 포집(Capture)하여 활용(Utilization) 또는 저장(Storage)하는 기술입니다. 이산화탄소를 포집하고 저장하는 ‘CCS(Carbon Capture, Storage)’와 이산화탄소를 포집, 활용하는 ‘CCU(Carbon Capture, Utilization)’ 기술을 모두 포함하는 개념입니다.

화석연료를 사용할 때 발생하는 이산화탄소를 잘 모아서 압축·수송 과정을 거쳐 땅속에 저장하거나 필요한 곳에 잘 활용하면 기후 변화의 요인인 이산화탄소가 환경에 영향을 주지 못하게 처리할 수 있습니다. CCUS가 탄소중립을 실현하는 미래에너지 기술 중 하나로 꼽히는 이유입니다.

2. 포집에서 활용까지, CCUS의 놀라운 프로세스

CCUS의 과정은 포집-수송-저장 또는 활용 순으로 이루어집니다. 먼저 배출원에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 방법은 크게 세 가지로 분류할 수 있습니다. 첫째 연소 전에 모으는 방법입니다. 연료를 산소와 반응시켜 합성가스를 제조하는 공정에서 발생하는 이산화탄소를 가스 터빈에 유입되기 전에 포집합니다. 둘째 순 산소 연소는 연료 연소에 공기 대신 순수한 산소를 이용하는 방법입니다. 이렇게 하면 배출되는 가스가 이산화탄소와 수분으로 구성되어 따로 분리할 필요가 없습니다. 마지막으로, 연소 후에도 이산화탄소 포집이 가능합니다. 화석연료 연소 후 배출된 가스에서 흡수제를 이용해 선택적으로 이산화탄소를 모을 수 있으며, 현재 가장 일반적으로 사용되는 탄소 포집 기술입니다.

이렇게 모은 이산화탄소는 저장 또는 활용할 수 있는 곳까지 안전하게 수송됩니다. 이때, 파이프라인, 탱크로리나 선박을 이용할 수 있습니다. 다음으로 수송된 이산화탄소를 지하 800m 이상 깊이의 땅속이나 고갈된 유전 또는 가스전, 심부 대수층, 석탄층 등에 주입해 영구 격리하는 저장 과정이 이루어집니다. 깊은 지하나 해저에 넣어 놓고 덮개암을 덮어 다시 대기 중으로 방출되지 않도록 하는 것입니다. 저장된 이산화탄소는 시간이 지나며 용해되거나 광물화가 됩니다.

포집한 이산화탄소를 저장하지 않고 유용한 물질로 전환하거나 직접 이용하는 것도 가능합니다. 연료, 화학물질, 건축자재 등 새로운 제품을 만드는 데 활용하여 부가가치를 창출할 수 있습니다.

3. 탄소를 배출하지 않고 자원으로 활용하는 방법들

CCUS 기술 중 이산화탄소를 저장하는 기술이 먼저 개발됐지만, 저장할 수 있는 장소가 제한적이고 지진 등 유출 위험성의 한계에 부딪혔습니다. 이에 따라 이산화탄소를 저장하지 않고 안전하게 쓸 수 있는 다양한 활용 기술이 개발되고 있습니다.

포집된 이산화탄소를 연료로 사용하는 방법이 대표적입니다. 화학적∙생물학적 전환 공정을 통해 메탄, 메탄올, 휘발유, 경유 등의 연료나 연료첨가제로 활용할 수 있습니다. 이산화탄소를 반응 원료로 이용해 화학적 전환 공정을 하면 기초 화학제품 등의 탄소화합물로 전환하는 것도 가능합니다. 생물 전환 기술을 통해 미세조류 바이오매스를 생산하고, 바이오연료∙바이오소재 등으로 제품화할 수도 있습니다. 탄산염 형태로 전환하여 광물화한 이산화탄소를 화학제품 생산에 이용하거나, 성분 변화 없이 액화탄산이나 드라이아이스를 만드는 것도 가능합니다.

4. 탄소중립의 핵심, CCUS 상용화 사례                       

2023년 전 세계에서 CCS 기술을 통해 처리한 온실가스는 약 4,900만 톤으로, 2022년 글로벌 이산화탄소 배출량인 500억 톤 중에서 0.1%가 저장된 셈입니다. 지금도 CCUS 기술 개발은 활발하게 이루어지고 있으며, 이미 국내외에서 포집된 이산화탄소를 활용한 상용화 사례들이 등장하고 있습니다.

국내에서는 CCU 설비를 공장 굴뚝에 설치하여 탄소를 폴리카보네이트(PC) 제품의 생산 원료로 사용하거나 드라이아이스, 반도체 세정액 원료 등으로 제품화한 사례가 있었습니다. 국내 산업단지에서 발생한 이산화탄소를 포집하여 국내 허브에 집결시킨 뒤 말레이시아로 이송 및 저장하는 ‘셰퍼드 CCS 프로젝트’가 주목 받고 있는데요. 울산 및 전남 여수 산단에서 발행하는 탄소를 포집해 말레이시아로 수송 및 저장하는 사업을 말합니다. 기후 변화 대응을 위한 탄소 중립 정책의 일환으로 추진되고 있으며 이를 통해 탄소 배출을 줄이고 지구 환경 보호에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

90% 이상의 탄소 포집 효율을 지닌 시설을 마련해 산업 현장에서 발생하는 이산화탄소를 흡수하고 재활용한 사례도 있습니다. 이 시설을 활용하면 소나무 100그루가 30년 동안 이산화탄소를 흡수하는 효과를 기대할 수 있다고 합니다.

영국에서는 항공사 버진 애틀랜틱(Virgin Atlantic)의 보잉 747이 포집한 탄소로 만든 항공연료로 플로리다에서 런던까지 비행에 성공한 바 있습니다. 명품 브랜드 구찌(Gucci)는 세계 최초로 포집한 탄소를 정화, 발효해 만든 에탄올로 향수를 만들어 화제가 되었습니다. 스위스 클라임웍스(Climeworks)가 흡입기로 공기를 빨아들인 뒤 흡착제 성분이 들어간 필터로 포집한 이산화탄소는 코카콜라 스위스에 공급되어 탄산음료를 제조하는 데 쓰이기도 했습니다.

5. 탄소 감축 고민을 해결하는 CCUS, 전망은?

이처럼 CCUS는 현존하는 가장 혁신적인 탄소 대량 처리 기술이라고 볼 수 있습니다. 국제에너지기구는 CCUS 기술이 2050년 탄소중립을 위한 핵심 수단이며 탄소중립 기여도가 18% 수준이 될 것으로 예측합니다. 기존 화석연료 기반의 고탄소 에너지 경제구조에서 지속 가능한 미래에너지 기반의 저탄소 경제로 전환하기까지 브리지(Bridge) 역할을 할 것으로 전망됩니다.

무엇보다 탄소 감축이 어려운 산업에서 기존 인프라를 활용하여 탄소 제거가 가능하다는 것이 CCUS의 최대 장점이라고 할 수 있습니다. 높은 운영 비용과 낮은 수익성이 한계점이긴 하나, 기술 발전과 탄소 배출 가격 상승을 통해 해결될 것으로 예상됩니다.

특히 미래 에너지원인 수소 생산과 이용을 위해서도 CCUS 기술이 중요합니다. 현재 기술력으로 가장 실현 가능성이 높은 ‘블루수소’(수소 생산 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집 처리한 수소) 생산 공정에 적용하는 것이 가능하기 때문입니다. 우리나라에서는 올 초 ‘이산화탄소 포집·수송·저장 및 활용에 관한 법률’ 제정안이 국회를 통과하며, 지속 가능한 에너지 공급과 기후 위기 대응을 위한 발판을 마련했습니다.

탄소중립의 실현을 위해, 지속 가능 에너지를 위해, 그리고 본격적으로 수소 시대를 열어 나가기 위해, CCUS는 우리가 꼭 손에 쥐어야 할 열쇠입니다. 환경도 지키고 산업 경쟁력도 확보하게 될 그 열쇠를 획득할 수 있도록 S-OIL과 함께 응원해 주시기를 바랍니다!

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참고 · 한국CCUS 추진단 kccus.kr
          한국가스기술공사 웹진 [가스기술愛] www.kogas-tech.or.kr/webzine
          딜로이트 인사이트 No.19 [2050 탄소중립 로드맵] www2.deloitte.com/kr/ko.html