▲ 영국과 중국 탄소 포집 현황 및 전망(자료 : 2021 CCUS Market Outlook, BloombergNEF, 2021)

전 세계적으로 탄소중립 실현을 위해 CCUS 기술개발을 활발하게 추진하고 있는 가운데, 우리나라도 CO₂ 포집·저장·활용 분야에서 일정의 성과가 나타나고 있다. 하지만 CO₂를 활용한 원료 대량생산, 수송·저장 연계, CCUS 전과정 평가 등의 부분에서 실증 및 상용화 수준을 위한 연구 개발이 필요한 것으로 나타났다.

한국환경산업기술원은 탄소중립 기술 개발 및 혁신 역량 강화를 위한 지표를 마련하기 위해 연구용역을 통해 ‘탄소중립 핵심기술 동향 및 전망 분석 연구’ 보고서를 14일 공개했다.

CCUS(Carbon Capture Utilization&Storage)는 CO₂의 포집 및 저장·활용 기술로 배출된 CO₂를 포집해 심부 지층에 안전하게 저장하거나, 직접 전환해 활용하는 기술로 탄소중립을 달성하기 위한 대표적인 기술이다.

우리나라는 CCUS를 통해 최대 2030년까지 연 1,030만 톤, 2050년까지 연 8,520만 톤을 처리할 것을 목표로 설정, CCUS를 탄소중립 달성의 주요 수단으로 바라보고 있다.

보고서에 따르면, 우리나라는 국내 기관과 업체가 석탄발전 포집설비, 해상지중 주입, 탄산칼륨제조 등 CO₂ 포집, 저장, 활용분야에서 CCUS 기술개발을 적극 추진해 성과가 나타나고 있다,

우리나라는 제강 슬래그 등 폐기물 및 해수담수화 등의 해양부산물을 이용해 저순도 및 고순도 무기탄산염(탄산CO₂를 활용해 칼슘, 탄산마그네슘, 중탄산나트륨 등)을 제조하는 기술과 이를 이용한 건설소재 및 화학소재 생산 기술을 개발했다.

또 CO₂를 활용해 모노머인 에틸렌카보네이트 및 디메틸카보네이트를 제조하는 촉매공정기술과 이를 이용한 폴리카보네이트 제조 기술개발에 성공했으며, CO₂를 이용해 일산화탄소와 메탄올 등을 제조하는 기술을 확보해 대량생산하기 위한 연구개발을 진행 중이다.

다만, 우리나라는 탄소중립 목표 달성을 위해 중요한 수단으로 여겨지는 수송용 에너지의 수소화 및 전기화는 항공기 부문에서는 아직 상용화가 어려운 상황이다. CCUS 기술은 미국, 유럽, 중국, 호주 및 일본 등 전 세계 공통 R&D 분야로, 유럽을 중심으로 CCU를 이용한 연료 생산에서 우리나라보다 기술 수준에 있어 앞선 단계로, 실증공정들이 가동 중이다.

글로벌 에너지기업 Shell은 재생전력과 CO₂를 이용하여 저탄소 합성연료 생산 기술개발에 주력하고 있으며, 최근 지속가능한 항공연료(SAF)를 생산해 네덜란드 항공사 KLM에 공급, 첫 상업 비행에 성공했다.

정유사 Heide GmbH에서는 독일 항공사인 Lufthansa AG와 지속가능한 항공연료(SAF) 개발 실증과제를 수행하고 있으며, 노르웨이에서는 기업들간 컨소시엄을 구성해 재생에너지를 이용해 생산한 수소로 유럽 최초의 상업용 항공유 생산 플랜트 건설을 계획하고 있다.

현재 CCUS에 대한 글로벌 수요는 점점 확대되는 추세로, 국제에너지기구(IEA)에는 2050년 CCUS의 CO₂ 감축 기여도가 18.4%(5.9Gt CO₂)로 2030년 3.2%(1.4Gt CO₂) 대비 크게 상승해, CCUS가 재생에너지, 전기화 등과 함께 주요 감축수단이 될 것으로 전망했다.

특히, 현재 전 세계적으로 호주, 캐나다, 일본, 중국 등 약 35개의 상업용 포집 시설이 운영되고 있으며, 연간 총 포집 용량은 거의 45Mt CO₂ 수준으로 알려졌다. 지난 2021년 전세계적으로 6개의 CCUS 프로젝트에 최종 투자 결정이 진행되며 프로젝트는 연간 약 6.5Mt CO₂를 포집할 것으로 전망된다. 또 2020년 말 기준, 전세계적으로 CCS 개발을 준비 진행 중인 프로젝트도 약 37개에 달한다.

2030년 탄소 포집을 위한 글로벌 용량은 현재 수준에서 6배 증가해 연간 2억 7,900만 톤의 CO₂가 포집될 예정이다. 전 세계 탄소 포집 및 저장(CCS) 시장 규모는 2022~2028년 동안 연평균 6.1% 성장해 2021년 3억 9,500만 달러에서 2028년에는 4억 6,958만 달러에 이를 것으로 예상된다.

우리나라의 CO₂ 포집기술은 실증단계에 도달한 수준이다. 국내 CO₂ 포집기술은 대규모 화력발전을 운영 중인 한국전력공사 및 전력그룹사를 중심으로 개발 중이다. 연소 공정 내 CO₂ 포집 위치에 따라 연소 전, 중, 후 포집기술로 구분될 수 있는데, 국내에서는 연소 후 포집기술을 중심으로 기술개발을 진행 중이다.

한전 전력연구원이 10MW급 연소 후 습식 CO₂ 포집플랜트(보령화력)와 건식 CO₂ 포집플랜트(하동화력)를 구축해 2014년부터 기술 고도화를 추진 중이며, 지난 2020년 1만 시간 무정지 연속운전에 성공했다.

하지만 국내에서는 아직 CO₂ 포집 이후 수송 및 저장 연계 실증이 본격적으로 진행되고 있지

못한 실정이다. 이에 현재 정부주도하에 대규모 CCS 통합실증과 상용화를 위한 기술개발과 핵심기술 자립화를 추진 중이다. 국내 유망 지역의 정밀 및 시추 탐사를 계획 중으로 올해까지 약 1억 톤(연 400만 톤) 규모, 2030년까지 최대 5억 톤 대규모 저장소 추가 확보를 추진할 계획이다.

또한, 우리나라는 온실가스 감축 기술의 도입을 위한 연구개발을 수행 중이나 이를 통한 온실가스 감축량 평가 및 예측과 관련된 연구가 없어, CCUS의 전과정평가(Life Cycle Assessment, LCA) 차원의 감축잠재량 평가 및 모니터링 기술 개발은 부족한 상황으로 지원이 필요한 것으로 나타났다.