대규모통합실증기술과 경제성확보가상용화의관건

CO2 포집·저장기술은원천적으로 CO2의 대기방출을 봉쇄하여 온실가스를 감축할 수 있는 현실적인 대안으로 부상
화석연료의 사용 증가로 온실가스가 야기하는 지구온난화와 기후변화는 가뭄ㆍ홍수ㆍ폭염 생태계파괴 등의 형태로 표출되면서 사회, 경제, 환경 측면에서 인류의 생존에 실질적인 위협 요인으로 대두되고 있다. 이에 전 세계는 1992년 리우데자네이루 유엔 기후변화 협약, 1997년 교토의정서에 이어 2009년 12월 코펜하겐 유엔 기후회의, 2010년 11월 서울G20 정상회의 등 일련의 국제회의를 통해 온실가스감축을 위한 방안을 활발히 논의해오고 있다. 이산화탄소(CO2)는 대표적인 온실가스로 지구 전체 온실가스의 70% 이상을 차지하고 있어 CO2감축이 온실가스 감축의 실질적인 핵심이 되고 있다.

화석연료를 다량으로 사용하는 화력발전소, 제철소, 석유화학공장, 시멘트공장 등이 CO2의 대량배출원이 되고 있으며 이들이 전체 CO2배출량의 50~60%를 차지하고 이중에서도 발전분야가 약70%를 차지한다.

이산화탄소포집·저장(CCS,,Carbon Capture & Storage) 기술은 CO2 대량배출원에서 발생되는 CO2를 분리, 포집, 압축, 수송하여 지중 또는 해저의 지층에 대규모로 안전하게 저장시켜 장기간 격리시킴으로써 원천적으로 CO2의 대기방출을 봉쇄하는 기술이다. 따라서 CCS 기술은 CO2의 대량방출을 직접적으로 감축할 수 있어 핵융합 발전, 수소이용 기술 등 청정·대체에너지원이 안정적으로 확보되기 전까지 현재의 화석연료 경제를 유지하면서도 온실가스를 감축할 수 있는 현실적인 대안기술로 부상하고 있다. CCS기술은 단계별로 대량배출원에서 발생하는 CO2를 직접 포집하는 CO2포집단계, 포집된 CO2를 초임계 또는 액체상태로 압축시켜 파이프라인 및 수송선 등을 이용하여 저장장소까지 수송하는 수송단계, CO2를 육지중·심해중의 암반층(가스전, 유전, 심부 염대수층, 석탄층 등)에 주입하여 수백 년 이상 장기간 저장·관리하는 저장단계로 구성된다.

IEA는 온실가스의 감축 수단으로 원자력의 이용 등과 함께 CCS 기술활용을 적극 제시
IEA(국제에너지기구)는 ‘에너지기술전망보고서(Energy Technology Perspec-tives 2008)’를 통해 IPCC(정부간기후변화패널)가 요구한 ‘2050년까지의 기후변화 2℃ 이내’를 위해서는 2050년 CO2 예상 배출량(620억 톤)을 2005년 배출량(280억 톤)의 약 50%까지 감축한 140억 톤으로 유지할 것을 권고하고 있다.

이러한 2050년 CO2감축요구량(480억 톤)을 실현하기 위해 IEA는 Blue Scenario에서 에너지효율 향상기술(43%), 재생에너지(21%), 원자력(6%), CCS기술(19%)을 적극 활용할 것을 제시하고 있다.
독일 재생가능에너지산업연구소(IWR, 2009)에 의하면 2008년 전 세계 CO2 배출량은 315억 톤으로 상위 10위 국가는 중국 69.0억 톤(1위),미국 63.7억 톤(2위), 러시아 16.9억 톤(3위), 인도 14.9억 톤(4위), 일본 13.9억 톤(5위), 독일 8.6억 톤(6위), 한국 6.6억 톤(7위),캐나다 6.5억 톤(8위), 영국 5.8억 톤(9위), 이란 5.1억 톤(10위)의 순이다.

이중 1990년 대비 증가율이 가장 높은 나라는 중국 178%, 한국 158%, 이란 158%, 인도 125%의 순이다. 현재 CO2배출 주요국들은 대체로 2020년까지 2005년 대비 20~30%의 CO2를 감축하는 계획을 세우고 있다. 우리나라도 30%라는 높은 수준의 감축계획을 갖고 있으며 2020년까지 2005년 CO2배출량(약 6억 톤)의 30%인 1.8억 톤을 감축할 예정인데 이중 약 1억 톤(55%)을 CCS기술로 감축할 계획이다.

EU, 미국 등 선진국들의 CCS 연구개발로 2015년 실증기술 완료, 2020년 상용화 전망
IEA(2009)는 CCS 플랜트가 온실가스 감축에 효과적으로 기여하기 위해서는 2015년 18기, 2020년 100기, 2030년 850기, 2050년 3400기가 필요할 것으로 전망하고 있다. 2020년까지 주요국(호주, 캐나다, EU, 일본, 노르웨이, 한국, 영국, 미국) 정부의 CCS 연구개발 투자규모는 266억~361억 달러이며 19~43개의 프로젝트를 수행할 예정이다(IEA/CSLF, 2010).이중 EU가 40~60억 달러(6~12개프로젝트)로 가장 많고 다음으로 미국이 40억 달러(5~10개프로젝트)수준이다.

미국, 일본, EU 등 기술 선도국들은 CCS기술을 신성장 산업 창출의 기회로 보고 상용화에 대비해 차세대혁신 CCS기술의 연구개발을 적극 추진하고 있다. 미국의 경우 2000년 Weyburn 프로젝트의 성공을 시발로 DOE는 2009년 6월 국립탄소포집센터(NCCC)를 설립하고 2017년 상용화를 목표로 연구개발을 추진하고 있다. EU는 FP7 중 청정석탄발전기술(ZEP) 프로그램의 일환으로 화력발전소의 CO2 배출량 Zero를 목표로 2020년까지 12개 대규모 실증사업에 60억 달러를 투자할 예정이다.

일본도 NEDO(신에너지 종합개발기구)와 RITE(지구환경산업기술연구기구)를 중심으로 2015년까지 CCS기술 실증완료, 2020년 상용화를 목표로 기술개발을 추진 중이다.
우리 정부도 2009년 27대 중점녹색기술의 하나로 CO2 포집·저장·처리기술을 선정하고 CCS 기술개발과 상용화를 위해 2010년 7월 13일 녹색성장위원회를 통해 ‘국가CCS 종합 추진계획’을 발표하였다. 2010년 11월 22일 지식경제부는 한국 이산화탄소포집·저장협회KCCSA) 창립과 함께 2020년 상용화, 2030년 세계시장 점유율 20% 달성을 목표로 하는 ‘CCS 상용화 추진계획’을 발표한 바 있다.

현재 우리나라 CCS기술의 수준은 선진국 최고 기술 대비 CO2 포집기술은 84%, 저장기술은 60% 수준으로 평가되고 있다. CCS기술은 이미 일부 실용화되고 있지만 대체로 2015년까지 실증기술을 완료하고 2020년부터 본격적으로 CCS시장이 열릴 전망이다. 현상에서 CCS기술 단계별 상용화 수준과 대표적 상용화 프로젝트는 아래와 같다.

CCS기술이 2014년까지 창출하는 세계시장은 약 316조 원, 국내시장은 약 3.1조 원 규모
일부 CCS기술의 상용화 실적을 제외하면 전 세계적으로 볼 때 CCS기술시장은 현재 시장형성 단계에 있으며 대규모의 CCS 실용화에 있어 가장 중요한 장애 요소 중의 하나는 경제성이다. CCS기술을 이루고 있는 포집-수송-저장 공정에 있어 포집부문에 전체 처리비용의 70~80%가 소요되는 것으로 평가되고 있다.

McKinsey(2008) 보고서에 의하면 CCS 비용이 CO2 톤 당 2015년 실증단계에서는 80~120달러, 2020년 상용화 초기 단계에서는 45~65달러, 2030년 본격 상용화 단계에서는 40~60달러에 이를 것으로 추정하고 있다.

그러나 2010년 유럽의 탄소배출권(CER, Certified Emission Reduction credit) 거래가격이 CO2 톤당 17~20달러인 점을 고려하면 이보다 2~3배 낮아야 한다. 향후 환경세 및 국가별 온실가스 감축 의무 부담으로 인한 탄소배출비용의 상승을 감안한다 해도 CCS의 상용화를 위해서는 CO2 톤당 처리비용이 25달러 이하 수준이 되어야 할 것으로 보인다. BCC Research는 최근 발행된 보고서(Carbon Capture & Storage Technologies. 2011년 1월)를 통해 CO2 처리설비 및 연구개발 투자비를 포함한 CCS 전체 누적시장이 2009년 1,254억 달러에서 연평균 성장률 25.4%로 성장해 2014년 3,890억 달러에 이를 것으로 전망하였다. 또한 향후 5년간 2,636억 달러(약 316조 원) 규모의 시장이 창출될 것으로 예상했다. 이를 기반으로 국내시장 규모를 추정해보면 2014년 국내 CCS 누적 시장 규모는 약 6.3조 원에 이를 것으로 전망되며 향후 5년간 3.1조원의 CCS 관련 시장이 창출될 것으로 기대된다.

국내의 CCS 상용화 추진을 위해서는 우선 경제성 확보를 위한 포집 분야의 혁신기술개발과 대규모 통합실증사업(포집-수종-저장)이 필요하다. 이를 위해 관련 산·학·연의 적극적 참여와 정부차원의 중장기적 투자, 관련제도의 개선 및 지원(특히 탄소배출권 거래시장의 활성화 지원), 전문인력의 양성 등이 요구된다.