2030년 시장규모 2000억 유로
탄소권거래 확대ㆍ지속투자가 관건

▲ CCS는 화력발전소의 이산화탄소 포집 및 저장의 최적의 방안으로 손꼽힌다.
기후변화협약 시대에서 이산화탄소포집 및 저장(CCS : Carbon capture and storage) 기술이 새로운 총아로 부상하고 있다.

기후변화 문제에 근본적으로 대응하기 위해서는 무엇보다 관련 기술개발이 핵심인데 CCS가 탄소문제를 해결할 수 있는 블루오션으로 떠오른 것이다.

CCS는 기술개발과 장기간의 실증개발이 필요해 앞으로 10여년 후인 2020년 본격적인 시장이 펼쳐질 것으로 예상된다.

CCS 기술개발 현황과 향후 과제를 알아본다. 편집자 주.
 

△CCS란 무엇인가

CCS기술은 화력발전소 및 산업공정에서 발생된 대량의 이산화탄소를 대기로 배출시키기 전에 고농도로 포집한 후 압축, 수송해 안전하게 저장하는 것으로 이산화탄소를 직접적, 효율적으로 저감할 수 있는 기술이다.

CCS기술 중 이산화탄소 포집기술은 전체 비용의 70~80%를 차지하는 핵심 기술로서 크게 연소 후 회수기술(post-combusiontechnology)', 연소 전 회수기술(pre-combusition technolohy), 산소 연소기술(oxy-fuel combustion technology)로 구분된다.

연소 후 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 연소 후 포집 기술은 기존 공정에 적용하기 가장 용이한 기술로 흡수ㆍ흡착제, 분리막 등을 이용해 이산화탄소를 흡ㆍ탈착해 이산화탄소를 분리하는 방법으로 획기적인 흡수제 효능향상과 공정 개발 등에 초점이 맞춰 개발되고 있다.

대표적인 연소 후 회수기술 공정으로는 일본의 미쯔비시 중공업에서 개발한 일일 200톤 규모의 MHI 공정을 들 수 있다. 일본은 이 공정을 말레이시아에 수출해 이산화탄소를 회수 상용공정을 운정 중에 있다.

연소 전 회수기술은 연소를 통해 이산화탄소가 발생되지 않도록 하는 공정기술로서 화석연료의 부분산화나 천연가스 개질 및 수성가스변위 반응 등을 통해 생성된 수소와 이산화탄소를 분리해 수소를 생산하는 기술이다.

순 산소 연소기술은 공기 중의 산소와 질소를 분리해 산소만을 연소기에 공급, 화석연료를 연소시켜 고농도의 이산화탄소 배가스를 얻은 후 회수하는 기술로서 아직까지는 상용화 전단계인 실증수준이다. 현재 ENCAP 프로젝트로 독일에 30MW의 데모 공정이 운전중이다.

최근에는 기존 포집기술의 한계인 경제성 문제를 위해 전세계적으로 포집 비용을 혁신적으로 절감할 수 있는 Breakthrough 개념에 이온 성액체 및 MOF 이용 포집기술, Car Process, 생물학적 처리기술 등의 기술개발이 장기 계획하에 추진되고 있다.

△CCS 각광 이유는

온실가스를 감축하고 기후문제의 근복적인 대응을 위해선 관련 기술의 개발이 핵심이다.

UN기후변화협약과 IPCC에서 이미 인류의 생활에 악영향을 미치지 않는 범위에서 온실가스농도를 안정화시키는 기술로 에너지 효율 향상 및 절약, 저탄소 에너지원으로의 전환과 함께 온실가스 포집ㆍ처리를 제시한 바 있다.

물론 화석연료를 대체할 수 있는 풍력, 태양광발전 등의 신재생에너지의 개발, 보급이 궁극적으로 해결방안이긴 하지만 인류의 지속가능 밝전을 감안한 안정적 화석연료 사용을 위해선 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 기술이 중요한 대안이라는 거이다.

IEA 전망에 따르면 CCS는 2050년 총 감축량 48GtCO2의 19%인 약 9GtCO2를 CCS가 감당하고 적극적으로 보급하면 16GtCO2까지 감축할 수 있을 것으로 평가하고 있다. 특히 전세계 이산화탄소 배출의 40%를 차지하고 있는 발전부문의 CO2 감축에 있어서 2030년까지 25% 정도의 역할을 CCS가 수행하고 2050년에는 40% 정도까지 확대될 것으로 기대된다.

IEA 등 국제기구에서는 2012년 이후 신규 화력발전은 CCS ready로 건설할 것을 권고하고 OECD 국가를 대상으로 2020년 이후 신규화력발전에 CCS설비를 추가로 의무화할것을 추진하고 있어 2015년부터 CCS 시장이 형성된 후 2020년대에는 본격화될것으로 전망된다.

△세계 각국의 추이는

선진국들은 CCS기술을 신성장 동력창출의 기회와 블루오션 산업으로 정의하고 국가 주도의 연구개발을 적극 추진하는 한편 이산화탄소 흡수제 상용화 등 시장선점을 위해 경쟁하고 있다.

미국의 경우 범부처프로젝트인 CCTP프로젝트의 하나로 2015년까지 실용화가 가능한 기술적 검증을 완료한다는 목표하에 CCS R&D 프로젝트를 역점적으로 추진하고 있으며 EU는 FP7 프로그램 중 Zero Emission fossil fuel Power plant(ZEP)를 통해 2020년까지 이산화탄소 무배출 화력발전소 가동을 목표로 관련 연구에 32억 유로를 투입하고 있다.

일본도 RITE를 중심으로 2015년까지 CCS 기술의 실증을 완료한다는 목표로 전략적 관련 기술개발을 추진중이다.

지난 2009년 GCCSI에서 발간된 보고서에 따르면 전 세계적으로 총 499개의 CCS 프로젝트가 진행중이거나 계획중이다. 일정 규모 이상의 프로젝트 중 수행 프로젝트는 총 78개, 계획 프로젝트는 135개, 완료 프로젝트는 34개다.

국가별로는 미국이 37%로 가장 많고 유럽(24%), 캐나다(24%), 호주?뉴질랜드(10%) 순이었다.

CCS프로젝트 유형은 요소기술 확보를 위한 연구개발 형태의 연구개발과 포집을 수송과 연계하거나 수송을 저장과 연계해 추진하는 연구개발, 포집-수송-저장을 통합해 추진하는 연구개발 등의 세가지로 분리되며 현재로는 요소기술 확보를 위한 연구개발이 전체의 39%, 포집-수송-저장 통합 프로젝트가 29%에 달한다.

통합프로젝트의 비율이 높아지는 것은 CCS기술의 완성이 기술간의 통합을 통해 하나의 전체 시스템의 구축을 의미하고 있기 때문이다.

현재 55개의 상용프로젝트가 추진중이나 계획중인데 적용시설별로는 발전소가 105건으로 가장 많고 Gas processing 19건, Oil/Gas Recovery 17건, CO2 Sequestration Plan 144건 순이었다.

△CCS 향후 과제는

IEA의 CCS로드맵에 따르면 2020년까지 20여개 데모 플랜트 건설에 250억 달러의 투자가 이뤄지고 2015~2030년 이산화탄소 운송을 위한 인프라 건설이 예상되는 등 초기 기술검증과 시설에 많은 투자가 예상된다.

CCS는 2020년부터 발전소에서 본격적으로 운영되기 시작할 것으로 전망되는데 2030년에는 시장규모가 최대 2000억 유로에 달할 것으로 예상된다.

포스트 교토협상의 타결 등으로 탄소배출권 가격이 크게 상승하거나 혁신기술이 개발된다면 상업화 시가는 앞당겨질 전망이다.

그러나 CCS상용화에는 난제도 있다. 우선 경제성 확보를 위한 기술개발 및 대규모 파일럿 시설의 검증이 필요하고 이산화탄소와 관련된 정부제도 개선 및 지원 등 인프라 구축이 필요하다. 또 상업화까지 실증 프로젝트를 위한 중장기적 개발투자도 지속돼야 한다.

현재로는 CCS를 화력발전소에 설치할 경우 이산화탄소를 포집할 때 에너지가 추가적으로 소모되기 때문에 발전효율이 최대 11%까지 하락하는 상황으로 혁신적인 비용 절감을 위해선 CCS 비용의 70~80%를 차지하고 있는 포집 분야의 혁신기불개발과 대규모 실증사업을 통한 처리비용 하락이 필요한 시점이다.

특히 기술의 특성상 실증비용이 크고 실증기간이 길기 때문에 상용화가 예상되는 10여년간의 지속적이고 체계적인 투자가 이뤄져야 한다.

정부 역시 관련 법규 제정 등의 제도적 보완과 탄소배출권 거래시장의 활성화 등의 지원이 병행해야 한다.

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