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이산화탄소를 우리가 원하는 유용한 자원으로 전환할 수 있을까?

작성일 2024-10-25




인류의 산업 발전은 주로 화석연료 사용을 기반으로 이루어졌다. 그러나 화석연료 사용의 부산물인 이산화탄소(CO)는 산업혁명 이후 대기 중 농도가 급격히 증가해 왔다. 이산화탄소는 탄소 원자 1개와 산소 원자 2개로 이루어진 분자로, 온실효과를 일으키는 주요 물질로 기후 변화의 핵심적인 요인이다.

화석연료를 사용하는 산업 구조를 완전히 바꾸지 않는 한, 인류는 계속해서 이산화탄소를 배출할 수밖에 없다. 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있지만, 무더운 날씨에 에어컨을 포기하기 어렵듯이, 이산화탄소를 배출하는 현재의 산업 시스템을 즉각적으로 중단하는 것은 현실적으로 불가능하다. 그렇다면 이산화탄소를 줄이는 것이 어려운 상황에서, 이산화탄소를 적극적으로 포집해 격리하거나 유용한 자원으로 활용할 수 있는 방법이 있을까?


ⓒ클립아트코리아


[CCUS 기술이란 무엇인가?]

이러한 배경에서 등장한 기술이 바로 CCUS(Carbon Capture Utilization Storage, 이산화탄소 포집·활용·저장)이다. CCUS는 이산화탄소를 포집하여 땅속에 안전하게 저장하거나, 이를 유용한 자원으로 전환하는 기술을 의미한다. CCUS는 크게 세 가지 기술로 나뉜다. 이산화탄소를 분리·포집하는 포집(Capture) 기술, 이산화탄소를 영구적으로 격리하는 저장(Storage, CCS) 기술, 그리고 이산화탄소를 활용하여 자원으로 전환하는 활용(Utilization, CCU) 기술이다.

CCUS는 이산화탄소를 다루는 방식에 따라 두 가지로 구분할 수 있다. CCS는 포집된 이산화탄소를 지하 깊숙이 저장해 대기 중으로 빠져나가지 않도록 격리하는 기술이다. 반면, CCU는 포집된 이산화탄소를 화학적·생물학적 변환 과정을 통해 유용한 자원으로 전환하는 기술이다. 이산화탄소를 단순히 격리하는 것보다 자원으로 활용하는 CCU는 탄소중립을 달성하는 혁신적인 해결책으로 주목받고 있다.




ⓒ클립아트코리아



[이산화탄소의 자원화에 도전하는 CCU 기술]

CCU 기술은 이산화탄소를 활용하는 두 가지 방식으로 나눌 수 있다. 첫 번째 방식은 이산화탄소의 물리적 특성을 그대로 사용하는 방법이다. 농업, 식품, 냉방·냉장 등의 분야에서 이산화탄소를 직접 활용하는 것이다. 예를 들어, 농업에서는 이산화탄소를 더 많이 공급해 작물의 성장을 촉진시키고, 식품 산업에서는 탄산음료 제조에 활용한다. 냉방과 냉장 장치에서도 이산화탄소를 냉매로 사용한다.

두 번째 방식은 이산화탄소를 화학적·생물학적 반응을 통해 유용한 물질로 변환하는 것이다. 화학적 전환을 통해 이산화탄소는 연료나 화학 제품으로 변환되며, 예를 들어 일산화탄소, 합성가스, 포름산, 메탄올, 에틸렌, 고분자 물질(폴리머) 등으로 전환될 수 있다. 생물학적 전환 기술을 이용해 미생물을 활용한 바이오매스를 생산하고 이를 바이오 기반 물질로 전환하는 방식도 있다. 이외에도 광물화 기술을 통해 이산화탄소를 탄산염 광물로 전환하여 건축 및 산업 소재로 활용하는 방법도 존재한다.


ⓒ클립아트코리아



[CCU의 실제 상용화 사례는?]

최근 10년간 CCU 관련 기술이 급속히 발전하면서 다양한 산업에서 상용화가 활발히 이루어지고 있다. 관련 기업체들을 중심으로 탄소 감축과 동시에 부가가치를 창출할 수 있는 CCU에 적극적으로 투자하고 있으며, 그 결과 상용화 성공 사례들이 등장하고 있다.

해외에서도 CCU 기술 상용화가 빠르게 이루어지고 있다. 캐나다의 카본 큐어(Carbon Cure)는 콘크리트 제조 과정에서 이산화탄소를 주입해 시멘트 내에 고정화시키는 기술을 상용화했다. 독일의 코베스트로(Covestro)는 이산화탄소를 활용해 폴리우레탄 제품을 생산하고 있으며, 이산화탄소가 포함된 자동차 내장재와 매트리스를 상용화했다. 아이슬란드의 CRI는 이산화탄소와 수소를 반응시켜 메탄올을 생산해 이를 청정연료로 활용하는 기술을 상용화했고, 아우디와 포르셰는 이를 바탕으로 이산화탄소 기반 합성 연료를 생산하는 실증 단계를 진행 중이다.

국내에서는 SGC에너지가 전북 군산 열병합발전소에서 CCU 설비를 상업적으로 가동하여 액화탄산을 생산해 드라이아이스, 용접용 가스, 반도체 세정용 탄산 등에 활용하고 있다. SK이노베이션은 울산 공장에서 회수한 이산화탄소를 고순도 가스로 전환한 뒤, 이를 반도체 제조, 식물 재배, 드라이아이스 제조 등에 공급하는 사업을 진행 중이다. HD현대오일뱅크는 포집한 이산화탄소와 정유 부산물인 탈황석고를 활용해 시멘트와 콘크리트, 경량블록 등 건축 자재를 생산하는 프로젝트를 진행 중이다. 롯데케미칼은 CCU 설비를 공장에 도입하여 포집된 이산화탄소를 폴리카보네이트(PC) 제품 원료, 드라이아이스, 반도체 세정액 원료로 활용해 중소 화학사들에 공급하고 있다. 현대오일뱅크 역시 탄산칼슘 제조와 메탄올 상용화를 통해 CCU 기술을 확대하고 있다. 한국지역난방공사는 미세조류 광배양 시스템을 통해 발전소의 이산화탄소 배출량을 약 30% 감축하고, 이 과정에서 바이오디젤 등을 고순도로 추출할 수 있는 기술을 개발 중이다.


[정부 차원의 투자 및 지원을 통해 시장 경쟁력 갖춰야]

이와 같은 사례들은 CCU 기술이 이산화탄소를 유용한 자원으로 전환해 다양한 산업에서 실질적인 가치를 창출하고 있음을 보여준다. 탄소중립 목표 달성을 위해 CCU 기술은 필수적인 도구로 자리 잡고 있으며, 앞으로 더 많은 기업들이 이 기술을 도입해 환경과 경제적 가치를 동시에 창출할 것으로 기대된다.

ⓒ클립아트코리아


필수적인 상황이다. 우리나라는 이산화탄소 포집·수송·저장 및 활용에 관한 법률안을 통해 CCUS 산업육성을 위한 법제적 기반을 마련했다. 또한, 과학기술정보통신부는 2024년부터 이산화탄소를 발생시키는 석유화학·철강·시멘트 산업군의 기업체, CCU 제품 활용을 원하는 기업 등이 공동 참여하는 CCU 메가 프로젝트를 실시하고 있다. 이를 통해 국내 상황에 맞는 CCU 비즈니스 모델을 확보하고 연간 4000톤 규모 이상의 이산화탄소를 처리할 방침이다.


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