탄소포집기술- 대기 중 온실가스 제거 기술
정부가 탄소중립 기술 중 하나인 CCUS(이산화탄소포집/활용/저장) 기술을 개발하고 상용화하기 위한 추진단을 발족시켰다. CCUS란 이산화탄소를 포집/전환/저장하는 기술로 화석연료를 사용하는 공정 중 배출되는 탄소를 포집하고 수송하여 지하 또는 해저의 안전한 지층에 저장하거나, 포집한 탄소를 천연가스나 석유의 채굴 시 압력 하락을 방지하는 회수증진에 활용하거나 화학적 생물학적인 방법을 이용해 유용한 물질(고분자, 액체연료)로 전환하는 기술을 말한다. CCUS는 CO2 온실가스 배출을 줄일 수 있는 유용한 기술이다. 2030년까지 CCUS 기술을 탄소중립 신산업으로 육성하기 위해 산업 기반을 마련하면서 제도를 개선하겠다는 것이 정부의 계획이다.
CCUS 시장 추정치와 동향
CCUS의 시장은 2017년 29억8000만달러로 평가됐으며 2026년에는 200억5000만달러에 이를 것으로 추정되고 있다.
국내에서는 에너지기술연구원과 전력연구원의 공동개발로 '건식흡수제 이용 유동층 CO2 포집공정'관련 원천 기술을 확보하고 있다. 한국서부발전과 한국에너지기술연구원은 대규모 CCUS통합실증 상용화 기반 구축을 위한 작업을 진행하고 있다. 서부발전은 2021년부터 2023년까지 3년간 태안발전본부에 구축될 0.5MW급 CO2 습식포집 실증플랜트를 활용해 국내 습식포집기술의 성능평가와 함께 CO2포집원을 선정할 계획이다. 그리고 150MW급 상용 CO2포집플랜트의 공동설계도 추진하고 있다. 해수부에서는 울릉도 해저 안전지층에 저장하기 위한 계획을 구상 중에 있다. 미국에서는 상용화 가능한 1세대 CCS 기술을 대규모 플랜트 규모로 실증을 진행했다. 그리고 포집 및 처리비용을 혁신적으로 감소시킬 수 있는 2세대 기술 개발을 진행 중에 있다. 그리고 '페트라 노바 탄소 포집 프로젝트(Petra Nova Carbon Capture Project)'운영으로 250MW 석탄화력 발전소 배출량의 90%수준으로 포집을 진행 주에 있다. 기후변화 대처에 가장 먼저 관심을 보였던 EU에서는 90억 유로의 탄소저감 프로젝트 기금(NRE400)을 조성하고, 이를 통해 CCS 및 신재생에너지기술에 투자를 확대할 예정이며, 국가별로 다양한 대규모 CCUS 실증 프로그램을 추진, 특히 스위스에서는 대기 중 CO2를 직접 공기포획(DAC, Direct Air Capture)하는 플랜트를 최초로 구축 중에 있다. 네덜란드 로테르담의 포집 및 저장 기술 실증 프로젝트(ROAD) 프로그램, 범유럽 차원의 호라이즌(Horizon) 2020 프로그램 등은 이미 실행 중에 있다. 우리나라와 가까운 일본에서는 10년 CCS 로드맵을 설정한 이후 화학적 흡수, 분리막 포집 기술 등을 연구하고 있으며, 민간 주도로 개발된 포집기술을 유럽,북미의 대규모 설비에 적용되어 우수성을 입증 받았다.(미쓰비시중공업 KS흡수제는 미국 페트라 노바 프로젝트에 도입 되었다.
탄소의 포집방법(Capture)은 3가지로 구분이 된다. 첫째 연소 전 포집기술, 둘째 연소 후 포집 기술, 셋째 순산소 연소 포집기술이다. 기존 배출원에 가장 쉽게 적용할 수 있는 기술은 연소 후 포집 기술이다. 흡수/흡착제/분리막 등을 이용해서 Co2를 흡탈착하여 분리 및 포집하는 방법이다. 흡수제 성능 향상이 생산성을 높임으로 공정 개발 등에 초점이 맞춰져 있다. 습식, 건식, 분리막 포집 기술 세 가지로 구분 연구가 진행되고 있다.
전환(Utilization)은 CO2를 화학적 및 생물학적으로 전환시켜 유용한 물질로 재사용하는 것이다. 화화적 측면에서는 기존의 유독한 화학공정을 대체하는 기술로 플라스틱 분말, 화학제품 원료, 고분자 필름등을 생성할 수 있다. 생물학적 측면은 미세조류 등 바이오기술을 활용하여 CO2를 전환 및 이용하는 기술이다. 바이오연료와 사료, 의약품 및 식품 등을 제조할 수 있다.
저장(Storage)은 지중 저장, 해양지중 저장, 재이용으로 구분할 수 있다. 지중저장은 폐유전/가스전의 빈공간에 채우는 방식이다. 또는 채굴 시에 CO2를 주입하여 압력을 높여 채굴 생산성을 높이며 CO2를 격리하는 방법을 활용한다. 해양 저장은 해저에 액체CO2를 직접 분사하여 저장하는 방법도 있다. 지하에 저장된 CO2는 오랜기간에 걸쳐 주입된 일부가 암석 입자사에 틈으로 누출 되는 것을 포획하는 물리적 포획, 물리적 포획이 이루어지 후 남은 일부는 주변 염수에 용해되는 용해 포획, 용해된 일부가 안정적이고 영구적인 형태인 탄산염 광물로 전환되는 광물화 포획으로 저장할 수 있다.
CCUS는 대기 중에 배출되어 있는 탄소 제거에 획기적인 기술처럼 보여진다. 하지만 아직 실증의 단계를 거쳐 상용화하기에는 시간이 필요할 것으로 예상된다. 대기 중 탄소를 포집하여 저장 후 필요에 따라 재사용하겠다는 구상은 분명 좋은 기술은 방향인 것은 틀림이 없다. 저장된 탄소가 지층 내에서 안정성을 영구히 유지할 수 있을지도 실증할 수 없는 상황인 것은 사실이다. 몇 해 전 한반도에서 발생한 포항 지진의 원인이 지중 저장이라는 일각의 의견도 존재한다. 그리고 포획은 생산성은 아직 상용화에 도달한 만큼 효율적이지 않다. 기술 사업의 관점에서는 아직 기술 초기 단계로 입증해야할 상황들이 많이 존재한다. <끝>
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