[에너지분석⑱] CCUS(탄소포집기술) 어디까지 왔나?

CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)기술은 화석연료 연소에서 배출되는 온실가스를 포집하고, 수송하여 저장하거나 전환처리(고정화)하는 기술이다.

CCUS기술은 먼저 이산화탄소를 포집한다. 이산화탄소를 포집하는 방법에는 연소 전, 연소 후, 수소 분리법 등으로 나눠진다. 연소 전 포집 방법으로는 석탄 또는 천연가스에 의한 합성가스로 산소와 수소, 이산화탄소를 생산한 후 일산화탄소를 수성가스 전이반응을 통해 수소와 이산화탄소로 전환한다.

이 기술은 CO2 배출량을 효과적으로 줄일 수 있어 신재생에너지의 경제성을 확보할 때까지 다리 역할(Bridging Technology)을 담당할 현실적인 대안으로 고려되고 있다.

글로벌 에너지기업, 사우디아라비아 아람코는 지속가능한 에너지 미래를 보장하기 위해, 탄소포집·저장이 세계의 지속적 번영을 보장하면서 순배출 제로를 달성하기 위한 CCUS기술을 적용하고 있다.

◇앞서가는 아람코, 탄소포집 기술

이산화탄소 포집, 활용, 저장(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)는 배출원에서 이산화탄소 배출을 포집하여 대기 배출을 방지하거나 혹은 공기에서 직접 이산화탄소를 포집하는 일련의 기술이다. 포집된 이산화탄소는 수송되어 땅 속 깊이 저장되거나 유용한 제품으로 전환된다.

탄소포집은 천연가스의 품질을 개선하는데 도움이 되는 방법으로 수십 년간 활용되어왔지만, 아람코는 새로운 기술을 개척함으로서 이산화탄소를 무기한으로 제거 및 격리할 수 있게 되었다. 또한 이산화탄소를 시장성 있는 산업 및 상업 제품으로 전환함으로써, 항상 폐기물로 간주되었던 것에 가치를 부가할 수 있게 되었다.

포집은 연소 전, 연소 후, 순산소 연소의 범주로 분류된 기술을 사용하여 배기가스, 개질가스 또는 고정배출원에서 이산화탄소를 포집하는 프로세스 과정이다. △격리는 포집된 이산화탄소를 지질층에 저장한다. △활용은 포집된 이산화탄소의 직접 사용 (예: 시멘트) 또는 포집된 이산화탄소 및 기타 가스를 화학제품이나 연료와 같은 유용한 산업 제품으로 전환한다.

△이동식탄소포집 기술은 이동하는 배출원에서 이산화탄소를 포집 후, 격리 또는 활용을 위해 하차할 수 있도록 차량 내에 저장한다. △직접공기포집은 이산화탄소를 (배출원이 아닌) 대기에서 직접 포집하고, 격리 또는 활용을 위해 이산화탄소를 제거한다.

순산소 연소는 순수 산소를 사용하여 연료를 연소하는 기술이며, 연소 효율을 높이고 플루 가스의 이산화탄소 농도를 높여 이산화탄소 포집을 용이하게 하는 기술이다.

바이오에너지 탄소포집·저장 (BECCS)은 CCUS 기술을 사용하여 그 자체로 재생에너지원인 바이오매스에서 이산화탄소를 추출 및 저장한다. 자연은 육지의 숲보다 훨씬 더 효과적으로 (최대 100배 더 빠르게) 탄소를 격리하는 맹그로브 나무와 같이 천연 탄소흡수원 역할을 한다.

아람코는 이동식탄소포집 (MCC) 기술을 사용하여 승용차와 트럭에 적용할 탄소포집·저장 기술 개발을 위해 다수의 파트너들과 협력하고 있다. 이러한 기술을 통해 주유소에서 이산화탄소를 하차하여, 격리하거나 다른 형태의 소재 또는 에너지로 재활용한다.

이 기술의 가장 최근 버전은 차량 배기가스에서 배출된 이산화탄소의 최대 25%를 포집할 수 있으며, 포집된 이산화탄소는 차량에 저장됩니다. 저장된 이산화탄소는 하차 후 다양한 산업 및 상업 애플리케이션으로 전환하여 활용되는 기술을 가지고 있다.

◇CCUS, 주목받는 이유는

Kotra 해외시장자료에 따르면 '온실가스 배출량 제로(Net-zero emission)'를 국가 과제로 내걸고 있는 가운데, 국제에너지기구(IEA)는 2020년 9월 발간된 '에너지기술 전망' 보고서에서 CCUS 기술 없이는 온실가스 배출량 제로에 도달하는 것이 불가능하다고 전망했다.

전 세계에서 배출되는 이산화탄소의 50% 이상이 발전 시설과 중공업 공장에서 발생하는데, CCUS 기술은 산업 현장에서 나오는 대규모 이산화탄소를 경감시킬 수 있는 거의 유일한 해결책이기 때문이다.

현재 전 세계에는 연간 최대 40메가톤의 이산화탄소를 포집할 수 있는 대규모 상업용 CCUS 시설 21개가 가동되고 있다. 이 중 미국 내의 대규모 CCUS 시설은 10개로, 전 세계의 50%의 비중을 차지하고 있다.

이 시설들 중 일부는 1970년, 1980년대부터 운영돼 왔다. 세계에서 가장 오래된 탄소 CCUS 시설은 미국 텍사스주에 소재한 테럴 천연가스 발전소로 이곳에서는 1972년부터 CCUS 기술을 이용해 탄소를 포집하고 이를 현지 정유 공급업자들에게 납품해왔다.

◇미국의 CCUS 기술 현황

글로벌CCS연구소가 발표한 2019년 탄소포집저장기술 준비 지수(CCS Readiness Index)에 따르면 "미국과 캐나다가 각각 70점, 71점으로 전 세계에서 가장 탄소 포집 기술에 준비가 잘 돼 있다."고 밝혔다. 미국과 캐나다 다음으로는 노르웨이(65), 영국(64), 호주(61), 중국(54) 순이다. 이 지표는 해당 국가가 탄소 포집 저장 기술 적용을 강제하는 정도, 관련 규제와 정책, CCS 시설 및 프로젝트의 개수, 진행 정도를 종합 평가해 측정된다.

미국은 2018년부터 탄소 산화물 격리에 대한 세금 크레딧(Section 45Q)을 확대하면서 CCUS 투자를 크게 늘렸다. 영구로 지질에 저장되는 이산화탄소 1톤당 최대 50달러를, EOR 또는 기타 용도로 재사용되는 이산화탄소에 1톤당 최대 35달러의 크레딧을 제공한다.

이 세금 크레딧은 지정된 기간 내에 시작된 프로젝트에 대해 12년간 적용되며, 요건을 충족하는 새로운 프로젝트의 경우 2024년 1월 1일까지 건설이 시작되면 크레딧을 받을 수 있다. 이 크레딧은 인플레이션을 고려해 시간이 지남에 따라 조정될 예정이다.

미국 정부는 사용 가능한 총 크레딧 한도를 없애고 크레딧을 받을 수 있는 프로젝트의 규모도 더욱 축소해 CCUS 프로젝트 활성화를 도모하고 있다. 또한 환경 문제에서 가장 진보적인 입장을 취하는 캘리포니아주는 자체적인 기준을 통해 CCUS를 통해 총 이산화탄소 배출량을 감소시킨 운송 연료에 대해 추가적인 세금 크레딧을 받을 수 있도록 허용했다.

◇국내 포집·저장·활용(CCUS) 기술은

산업통상자원부는 2050년 탄소중립을 위한 핵심 기술인 이산화탄소 포집·저장·활용(CCUS) 기술 개발과 실증에 950억원을 투입한다고 지난해 9월 밝혔다. 'Net-Zero 수요관리 사업'은 온실가스 저감 효과가 큰 주요 다배출 산업 CO2 포집·활용(CCU) 실증과 저장 기술(CCS) 고도화 지원을 위해 추진하는 신규 사업이다.

산업부는 공고를 통해 CCUS 분야 7개 과제에 950억원 규모의 R&D 자금을 지원할 계획으로, 연구개발기관을 모집·선정하고 11월부터 신규 사업을 본격 추진할 예정이다. 7개 지원과제는 시멘트산업 CCU(2개), 석유화학산업 CCU(1개), LNG발전 CO2 포집(2개), CO2 저장(2개)이다.

산업부는 이번 신규 과제 등을 통한 기술개발 성과를 바탕으로 2025년까지 포집·저장·활용 분야별 상용화 가능 기술을 확보할 계획이다. 포집 기술은 2024년까지 철강·시멘트·석유화학·정유·수소·LNG 발전 등 주요 산업별 파일럿 플랜트(Pilot Plant)급 포집 기술을 확보하고, 저장 기술은 2024년까지 저장 안전 기술 고도화 및 실증을 완료해 2025년부터 동해가스전 활용 중규모 통합실증 사업 추진 때 적용할 계획이다.

천영길 산업부 에너지전환정책관은 “그간의 기술 개발 결과를 본격적인 사업화로 발전시키기 위해서는 실증 및 상용화 집중 투자가 매우 중요하다”면서 “앞으로 정부는 CCUS 기술에 대한 적극적인 투자 확대를 통해 CCUS 기술을 조기 사업화하고 글로벌 경쟁력을 갖춘 신산업으로 육성하기 위해 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

한편 IEA는 CCUS 기술을 “저감하기 어려운(hard-to-abate)” 탄소 배출량 분야에 대한 해결책이라고 명명하며 발전소, 중공업 분야에서는 화석 연료를 대체하는 것이 너무 비싸고 비효율적이기 때문에 화석연료 사용을 당장 낮추기 어려운데 이 화석연료 사용으로 발생되는 이산화탄소를 CCUS 기술로 일정 부분 처리할 수 있다고 강조했다.