“CCU, 탄소중립 시대 ‘뉴 노멀’…미래 산업 경쟁력 좌우”

■기후위기 대응 이산화탄소 자원화 전략연구단(이하 연구단)이 기존 CCU 연구와 비교해 어떤 차별성을 갖고 있는가

기존 CCU 연구의 가장 큰 한계는 이산화탄소(CO₂) 포집, 정제, 전환, 활용 기술이 각각 독립적으로 개발되는 분절적 구조에 있었다. 개별 기술 개발은 꾸준히 이뤄져 왔지만, 실제 산업 현장에서는 각 기술이 하나의 공정으로 유기적으로 연결돼야 하며 공정 전 과정의 에너지 소비와 탄소 배출까지 함께 고려해야 한다. CO₂를 포집·전환하는 과정에서 화석연료 기반 열원을 사용한다면, 탄소를 감축하기 위해 운영한 공정이 오히려 추가적인 탄소 배출을 유발하는 역설이 발생할 수 있다.

연구단은 이러한 한계를 극복하기 위해 기존의 개별 요소기술 중심 접근에서 벗어나 CCU 전주기 기술을 하나의 밸류체인 관점에서 설계하고 실증하는 것을 목표로 한다. 특히 화석연료 기반 열화학 공정을 무탄소 전기에너지 기반 공정으로 전환하는 ‘전기화(Electrification)’를 핵심 축으로 삼아 포집·전환·합성·제품화를 아우르는 차세대 CCU 플랫폼 구축에 집중하고 있다.

이를 위해 전기화학 기반 CO₂ 전환 기술을 중심으로 생물·광물·화학 공정을 결합한 하이브리드 공정, 고효율 차세대 촉매, 대면적·대용량 전환 시스템 등을 개발하고 있으며, 상용화를 위한 공정 통합 기술 확보에도 역량을 모으고 있다.

향후에는 연 35톤 규모의 통합 실증을 통해 기술을 검증하고, 모듈형 공정과 상업 공정설계 패키지를 개발해 산업화 기반을 구축할 계획이다. 또한 핵심 소재 국산화와 AI 기반 공정 최적화를 병행함으로써 탄소 감축과 산업 경쟁력 제고를 동시에 달성하고자 한다.

■연구단이 집중하고 있는 핵심 기술은 무엇이며, 그중 상업화 가능성이 가장 높은 분야는 어디인가

현재 연구단이 가장 중점적으로 추진하는 분야는 재생에너지 전력을 활용해 CO₂를 고부가가치 자원으로 전환하는 e-Fuel과 e-플라스틱(화학) 원료 생산 기술이다. 단순히 탄소를 감축하는 데 그치는 것이 아니라, CO₂를 미래 연료와 화학 원료로 전환해 탄소중립과 산업 경쟁력 확보를 동시에 달성하는 것이 목표다.

이 가운데 상업화 가능성이 가장 높은 분야는 e-SAF(지속가능항공유)라고 판단한다. 항공산업은 단기간 내 전동화가 어려운 만큼 SAF 수요가 빠르게 확대되고 있으며, 유럽을 중심으로 SAF 사용 의무화 정책도 본격화되고 있다. e-SAF는 단순한 친환경 연료를 넘어 탄소중립 정책과 시장 수요가 동시에 뒷받침되는 대표적인 CCU 기반 전략 제품이라고 볼 수 있다.

기술 성숙도 측면에서 글로벌 e-SAF 시장 역시 아직 상업화 초기 단계에 있어 우리나라가 후발주자이기는 하지만 기술 격차가 결정적인 수준은 아니다. 특히 연구단은 CO₂ 포집부터 전기화 기반 CO₂ 전환, 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)로 구성된 합성가스를 액체 탄화수소 연료로 전환하는 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 공정과 업그레이딩을 통한 SAF 생산까지 전 과정을 국내 기술로 독자 개발하고 있다는 강점을 갖고 있다.

향후 고성능 촉매, 반응기, 전기화 공정 등 핵심 요소기술을 고도화하고 통합 실증을 성공적으로 수행한다면 e-SAF는 물론 e-Fuel과 e-화학 원료 분야에서도 세계적 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대한다.

■최근 공급 과잉과 수익성 악화에 직면한 우리나라 석유화학 산업의 해법으로 CCU가 주목받는 이유는 무엇인가

기존 석유화학 산업은 원가 경쟁력 측면에서 중국, 미국, 중동과 같은 자원 부국을 따라잡는 데 구조적 한계가 존재한다. 중국은 규모의 경제를, 미국과 중동은 저렴한 원료 경쟁력을 바탕으로 시장을 확대하고 있다. 이러한 상황에서 국내 석유화학 산업이 단순한 가격 경쟁만으로 글로벌 시장에서 우위를 확보하기는 쉽지 않다.

따라서 이제는 경쟁의 기준을 바꿔야 한다. 글로벌 탄소중립 흐름에 맞춰 CO₂를 원료로 활용한 CCU 기반 연료와 화학소재 등 고부가가치 제품을 선제적으로 확보함으로써 새로운 시장을 창출해야 한다. 환경 규제에 대응하는 수준을 넘어 탄소중립을 새로운 성장 기회로 전환하는 전략이 필요한 시점이다.

특히 CCU 기술은 우리나라가 보유한 세계 4위 규모의 에틸렌 생산 인프라와 정유·석유화학 생산기반을 '탄소 네거티브(Carbon Negative) 화학공장'으로 고도화할 수 있는 현실적인 대안이다. CCU에 활용되는 상당수 기술은 기존 정유·석유화학 공정과 기술적 기반을 공유하는 만큼, 우리나라가 강점을 가진 엔지니어링 설계, 플랜트 건설, 공장 운영 노하우와 결합한다면 기존 화학산업을 순환경제 기반 산업으로 전환하는 것도 충분히 가능하다고 본다.

결국 CCU는 탄소 감축 기술을 넘어 국내 석유화학 산업의 경쟁력을 회복하고 미래 성장동력을 확보하기 위한 핵심 전략 기술이라고 생각한다.

전주기 CCU 통합 플랫폼 구축, e-SAF·e-화학원료 상용화

기술 산업 안착 골든타임, 실증·제도·시장 동반 작동 지원 必

■글로벌 CCU 경쟁에서 한국이 보완해야 할 과제와 기술 경쟁력 수준은 어느 정도인지 궁금하다

한국의 CCU 기술력은 원천기술 측면에서 상당한 경쟁력을 확보하고 있다고 평가한다. 다만 글로벌 경쟁의 승패가 결정되는 상용화와 시장 형성 단계에서는 미국과 유럽이 대규모 투자와 정책 지원을 바탕으로 한발 앞서 나가고 있다. 따라서 현재 우리의 과제는 기술력의 부족이 아니라 연구 성과를 산업 현장으로 연결하는 실증과 제도의 속도를 높이는 데 있다.

결국 CCU 경쟁력은 연구실에서 개발된 기술만으로 완성되지 않는다. 실제 산업 현장에서 경제성을 검증하고 대규모 설비 운영 경험을 축적하는 실증 과정, 그리고 이를 뒷받침하는 정책과 시장 환경이 함께 구축돼야 한다. 기술 개발과 실증, 제도, 시장이 유기적으로 맞물릴 때 비로소 글로벌 경쟁력을 확보할 수 있다.

가장 시급한 것은 기업이 안심하고 투자할 수 있는 시장 기반을 마련하는 일이다. CCU를 통해 감축한 탄소의 가치가 배출권거래제(K-ETS) 내에서 명확하게 인정받고, 탄소차액계약제도(CCfD)와 같은 지원 장치도 뒷받침돼야 한다. 앞으로 글로벌 CCU 경쟁의 승패는 기술 격차보다 얼마나 빠르게 실증을 확대하고 시장을 선점하느냐에 달려 있다고 본다.

■CCU 기반 연료·소재의 성장 가능성과 시장 전망을 어떻게 바라보는지

CCU 기반 연료·소재 산업은 단순한 친환경 대체 시장이 아니라, 기후 규제라는 강력한 진입 장벽 뒤에서 새롭게 형성되고 있는 ‘뉴 노멀(New Normal) 시장’으로 정의해야 한다. 과거에는 가격과 품질이 시장 경쟁력을 좌우했다면, 앞으로는 제품 생산 과정에서 발생하는 탄소배출량까지 중요한 경쟁 요소가 될 것이다. 그런 의미에서 CCU 기반 연료와 소재는 탄소중립 시대의 대표적인 전략 산업으로 성장할 가능성이 매우 크다.

특히 SAF와 e-화학원료는 항공·화학산업의 탈탄소화를 위해 반드시 필요한 제품이다. 머지않아 글로벌 공급망에서는 사고 싶어도 물량을 확보하지 못할 정도의 공급 부족 현상이 나타날 것으로 예상된다. 결국 CCU 기반 고부가가치 연료와 소재 생산 역량을 얼마나 빠르게 확보하느냐에 따라 국내 화학산업의 미래 경쟁력과 향후 30년 성장 기반이 결정될 수 있다고 본다.

또한 CCU 기반 제품은 단순한 친환경 대체재가 아니라 규제와 제도가 시장 성장을 견인하는 전략 제품이라는 점에서 의미가 크다. 이미 유럽과 미국은 SAF 의무사용 확대와 생산 지원 정책을 병행하며 시장 형성에 속도를 내고 있다. 국내에서도 이러한 흐름에 대응해 지난 6월 2일 국회에서 국내 SAF 생산·판매분에 대한 세액공제를 신설하는 조세특례제한법 개정안이 발의되는 등 제도적 기반 마련이 본격화되고 있다. 기술과 정책이 함께 움직이기 시작한 지금이 국내 CCU 기반 연료·소재 산업의 생산 역량과 공급망 경쟁력을 집중적으로 키워야 할 적기라고 생각한다.

■국가 전략형 연구개발이 실질적인 산업 경쟁력으로 이어지기 위해 필요한 변화는 무엇인가

사업화는 결국 기업의 참여 없이는 성립될 수 없다. 그리고 기업의 참여 여부는 개발된 기술이 실제 시장에서 수익을 창출할 수 있느냐에 달려 있다. 특히 CCU처럼 초기 투자 부담이 큰 분야에서는 정부의 역할이 중요하다. 의무사용 제도, 세제 혜택, 탄소감축 인센티브 등을 통해 초기 시장을 선제적으로 조성해야 기업도 CCU 투자를 미래 성장 기회로 인식할 수 있다.

또한 국가 전략형 R&D는 원천기술 개발에 머무르지 않고 실증 인프라 구축, 기업 참여, 시장 창출까지 하나의 패키지로 설계돼야 한다. 연구실에서 검증된 기술이 산업 현장에서 경제성을 입증하고 사업화로 이어질 수 있도록 연구개발과 산업 생태계를 유기적으로 연결해야 한다는 의미다.

연구단 역시 기술 개발과 통합 실증, 상용화 기반 구축을 동시에 추진하고 있다. 궁극적으로는 연구 성과가 논문과 특허를 넘어 산업 경쟁력과 새로운 시장 창출로 이어지는 국가 전략형 R&D의 성공 모델을 제시하고자 한다.

▲ 기후위기 대응 이산화탄소 자원화 전략연구단 최선 단장이 CCU전략연구단 킥오프 워크숍에서 연구개발 계획을 발표하고 있다.