CCS, 차세대 신성장동력 핵심기술로 ‘부상’
CCS, 차세대 신성장동력 핵심기술로 ‘부상’
  • 박홍희 기자
  • 승인 2009.01.02 00:00
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포집 기술 선진국 수준 … CCS R&DD 추진
’15∼’20년 초기 시장 형성 … CDM 사업 연계 가능성 높아


전 세계가 기후변화에 대응하기 위해 이산화탄소 포집·저장 기술(CCS, Carbon dioxide Capture & Storage) 개발에 총력을 쏟고 있다. 이산화탄소 세계 9위 배출국인 우리나라도 기후변화에 적극 대응할 수 있는 전략이 필요하다는 지적이 제기됨에 따라 CCS 기술 개발에 박차를 가하고 있다.
유엔 기후변화협약(UNFCCC) 온실가스 감축 의무대상국에 포함이 되지 않은 우리나라는 2013년부터 새롭게 적용되는 기후변화 국제협력체제 ‘포스트 교토’로 인해 강제 감축 의무 면제 혜택이 박탈되고 의무규제 대상에 포함될 가능성이 높다. 이에 따라 정부와 기업은 새로운 부담을 지게 됐고 이산화탄소 배출 할당량을 채우지 못하면 막대한 비용을 들여 ‘탄소배출권’을 사야하는 경우가 초래된다. 정부는 막대한 부담을 호기로 산업체 탄소저감을 유도하고 이산화탄소 포집·저장 기술을 개발해 만반의 준비체계를 갖추겠다는 의지다.

CCS는 선진국과 기술격차가 크지 않은 틈새시장으로 2002년 세계 시장 규모는 2190억달러, 국내는 30억달러였다. 하지만 2020년에는 세계 시장이 3300억달러로 커질 전망이며 이에 국내 시장도 44억달러까지 확대될 것으로 예상된다. CCS는 온실가스 감축량 목표달성을 위한 핵심기술임은 물론 미래 발전 시장 진출을 위해서는 반드시 확보해야하는 기술임에 틀림없다.

▲포집부문 선진국 60% 이상= 국내 CCS 연구는 1990년대 중반부터 기초연구를 시작해 일부 포집기술의 경쟁 잠재력을 확보했으며 지중저장은 기반연구를 진행 중이다. CCS는 이산화탄소 포집기술과 저장기술로 구분되며 CO2 포집은 ▲건식·습식 흡수 공정 ▲혁신적 흡수제 및 분리막 이용 ▲순산소 연소로 분류되며 CO2 저장·전환기술은 ▲CO2 지중전환 ▲CO2 생물학전 전환공정으로 나눌 수 있다.

포집기술 R&D는 교육과학기술부와 지식경제부를 중심으로 추진 중이며 개발된 일부 기술에 대해서는 소규모 실증 시범운전이 진행 중이다. 건식흡수는 100Nm3/hr, 암모니아 흡수는 30Nm3/hr, 탄산칼륨 흡수는 10Nm3/hr, 순산소연소는 제철산업로에 시범 적용 중이며 아민 습식흡수는 2t-CO2(일일 기준) 시범 운전을 추진하고 있다.

이에 따라 지경부는 작년과 올해부터 순산소연소와 연소 전 포집분야 응용 및 개발연구에 착수해 기술개발에 박차를 가하고 있다. 국내 포집분야 기술은 선진국의 60∼70% 수준으로 활발한 개발을 통해 선진국 반열에 올라설 계획이다. 저장기술 R&D는 교과부와 국토해양부를 통해 진행 중이며 실험실 규모의 기초연구 및 국내 지중저장 입지 탐색 수준에 그쳐 기술개발이 전무한 실정이다.

이에 교과부는 CCS 핵심기술 확보와 실증을 위해 지난 2002년부터 ‘21세기프론티어사업’ 성과를 바탕으로 2010년부터 10년간 중·장기사업으로 추진할 계획이며 이를 위해 총 3000억원의 예산을 배정하고 새로운 CCS기술개발사업을 기획 중이다.

▲CCS 초기시장 진입 목표= CCS는 경제성 있는 대체에너지 개발 시까지 화석연료를 사용하기 위한 유일한 온실가스 감축 대안으로 중·장기 관점 기후변화 대응의 핵심기술이다.

기후변화협약 당사국총회에서 논의 중인 CCS의 CDM(Clean Development Mechanism, 청정개발체제)사업화가 본격적으로 추진된다면 신산업으로 급부상할 전망이다. 이에 따라 우리나라가 초기 선도시장 진입 가능성을 높이기 위해서는 원천기술 확보가 필수적이며 이를 위해 국가 차원의 전략적 투자가 필요하다.

CCS는 기존 화석연료를 사용하면서 배출되는 이산화탄소를 포집해 대기와 격리하는 기술로 현실적인 온실가스 감축에 기여한다. 그동안 신·재생에너지분야에 많은 예산이 투입됐음에도 불구하고 경제성이 미흡해 핵융합과 차세대원자력은 실험로 조차 만들어지지 못한 상황이다. 중·단기적으로 기존 화석연료 중심의 에너지수급 체계를 바꾸기는 힘든 상황으로 CCS 기술의 활용도가 높아지고 있는 것이다. CCS 핵심기술개발 완료시 국내 산업경제 영향은 물론 활용방안도 다양해 기후변화협약 대응을 넘어서는 획기적인 기술로 인정받을 전망이다.

IEA(International Energy Agency, 국제에너지기구)는 2050년까지 감축해야할 전 세계 이산화탄소의 20%를 CCS 기술로 해결 가능할 것이라고 내다보고 있으며 일본의 NEDO(New Energy and Industry Technology Development Organization)는 2030~2040년에는 세계 이산화탄소 감축량의 40%를 CCS가 담당할 것이라고 예상한다.

또한 IPCC(Intergovermental Panel on Climate Change, 기후변화에 관한 정부간 위원회)는 2100년까지 전 세계 이산화탄소 감축의 15~55%를 CCS를 통해 이뤄질 것이라고 한다. 이처럼 세계적인 에너지 및 기후변화 관련 기구들이 미래 이산화탄소 감축에 CCS가 중요한 역할을 담당할 것이라고 전망하고 있는 가운데 기술적 가치가 날로 상승하고 있다. 장기적인 안목에서 CCS는 에너지효율향상이나 신·재생에너지, 심지어 원자력 온실가스 감축 잠재량을 능가할 것으로 평가되고 있으며 신산업 창출 잠재력이 매우 큰 분야로 그 가치를 인정받고 있다.

CO2 포집은 습식·건식흡수제 포집기술과 흡착제·분리막 개발은 화력발전소와 석유화학공정 등의 CO2 포집에 이용 가능하며 순산소연소개발은 제철공업, 유리공업, 보일러, 소성로 등에 활용할 수 있다. CO2 저장·전환기술 중 CO2 지중저장은 국내외 대용량 지중저장 사업의 기반기술로 이용 가능할 전망이다. 또한 CO2 생물학적 전환은 미세조류 균주개량, 대량배양, 유용물질 생산 등에 적극 활용될 계획이다.

더불어 CO2 포집은 산업경제 이윤 추구에 기여할 전망이다. 저비용 대용량 CO2 포집기술 성장을 통해 5000억원 이상 처리비용 절감이 기대되며 산소제조비용을 70% 이상 감소시키고 40% 이상 에너지 절감을 가능케 해 에너지 이용 부담 감소에 기여할 것으로 예상된다.

또한 기술 활용을 통해 암모니아수를 이용한 CO2 포집공정 개발, 건식 재생용 흡수·흡착제를 이용한  CO2 포집 기술 개발, 저가순산소 제조 및 순산소연소 발전 시스템 개발에 활용 가능하다. CO2 저장·전환기술은 대량저장 기술의 국내 적용을 위한 기반기술로 적극 이용될 것으로 기대된다. 정부는 CCS 시장형성에 앞서 핵심기술을 개발해 선두에 나선다는 각오다.

CCS 시장은  2015년에서 2020년 사이에 형성될 것으로 예상돼 초기 시장 진입은 물론 CCS를 저탄소·녹색성장의 핵심기술로 육성할 방침이다. 이에 따라 정부는 R&D와 실증을 중심으로 하는 교과부의 10개년 CCS 중장기기술개발사업, 지경부의 응용·개발연구 사업 및 국토부의 해양지중저장 등과 함께 범국가적 차원의 CCS R&DD(Research & Development, Demonstartion) 계획의 밑그림을 그리고 있다.

또한 국제적으로는 국제공동연구사업에 적극적으로 참여해 경쟁 잠재력이 있는 국내 포집기술을 실증하고 취약한 저장기술을 습득할 수 있는 기회로 삼을 계획이다. 정부는 국내·외적인 R&DD 수행과 성공적인 초기시장 진입을 통한 국가경제의 지속적인 발전 도모를 위해 체계적으로 지원해 나갈 방침이다.

   

CCS 해외동향

전 세계 ‘후끈’ … 설비 의무화 도입·법제화·보조금 지급


CCS는 2020년 초기 시장 형성 직후 급격한 성장이 예상되나 원천기술 확보의 어려움으로 민간 투자 기피가 예상돼 시장 실패를 걱정하는 목소리가 나오고 있다. 따라서 미국, 일본, 유렵연합 등의 선진국은 CCS 영역에 대한 국가 R&D를 추진 중이며 특히 CO2 흡수제 상용화를 기반으로 시장선점을 위한 치열한 경쟁 중이다.

부가가치가 높은 포집기술은 국가간 공동연구를 기피해 협력사업 추진이 단절돼 있으며 저장기술은 CSLF(Carbon Seque stration Leadership Forum)와 같은 국제 협력사업을 통해 저장소 공동사용, 기술공유 등이 활발히 진행 중이다. CSLF는 19개 수행과제 중 13개가 지중저장 프로젝트로 저장에 관련된 기술개발이 활발히 이루어지고 있음을 대변한다. CCS의 일부 포집기술은 세계적 수준으로 실증연구단계를 넘어서 경제성 평가단계에 도달했으며 특히 저장기술 중 EOR(Enhanced Oil Recovery) 저장은 이미 상용화 단계에 진입했다. 

미국의 경우 올해 대규모 지중저장 실증사업에 착수해 다수의 CCS 기술 개발을 추진 중이다. 이는 우리나라 CCS 예산보다 약 6배 높은 수준이 일궈낸 성과로 올해 예산만 1870억에 이른다. 특히 미국은 ’12년까지 발전소에서 이산화탄소 포집에 소요되는 에너지비용을 10%로 억제해 90% 이상의 이산화탄소를 포집해 100년 동안 99%를 저장하는 기술 개발을 추진 중이다. 또한 수소와 전력 동시 생산 발전소 개발 프로젝트인 ‘FutureGen’ 사업 연구에 지중저장까지 포함시켜 진행하고 있을 정도로 CCS에 총력을 쏟고 있다.

포집 분야에서 가장 앞선 기술은 일본의 미쯔비시중공업에서 발표한 아민계열의 흡수제로써 CO2 포집비용을 톤당 30달러까지 낮추는 기술혁신을 이룩했다고 보고한 바 있으며 이를 실제 이산화탄소 배출공정에 적용해 상업화에 성공했다. 다만 안전성의 우려가 큰 화학흡수제에 집중한 혁신과제로써 막분리, 저장 실증에 대해서는 신중한 추진이 필요하다는 지적을 받고 있다.

최근 남아공에서는 신규 발전소에 CCS 설비 의무화 도입을 검토 하고 있으며 호주에서는 CCS 사업 추진을 위한 법제화에 나섰다. 또한 미국, 캐나다, 노르웨이는 보조금을 지급한다.한편, 기후변화협약 당사국총회에서는 CCS의 CDM 사업화가 본격적으로 논의 중인데 선진국은 기술력을 바탕으로 CCS의 CDM 사업화를 적극적으로 찬성하고 있어 CDM 사업화가 추진 된다면 CCS 시장은 ’15∼’20년보다 앞당겨질 전망이다. 


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