지구온난화의 주범 이산화탄소를 바라보는 시각이 달라지고 있다. 이산화탄소를 단순히 버려지는 물질이 아닌 유용한 자원으로 재활용하는 CCU 기술의 개발이 빨라지고 있다. 특히 인공 광합성을 통해 연료로 전환하는 기술은 가장 친환경적인 미래 기술로 부각되고 있다. 선진 국가들이 범정부 차원에서 지원하는 가운데 화학 기업들을 중심으로 CCU 사업화 확대가 주목된다.
<재난포커스 - 편집자주>

화석연료 사용의 전환
화석연료 사용에 따라 배출되는 이산화탄소는 지금까지 폐기물에 지나지 않았다. 기껏해야 이산화탄소를 드라이아이스나 탄산음료의 원료로 사용하는 정도가 재활용의 전부였다. 이산화탄소를 포집해 쓰레기와 같이 지하에 매립하는 CCS(이산화탄소 포집 및 저장, Carbon Capture and Storage)가 온난화에서 지구와 인류를 구할 수 있는 궁극적인 대안으로 제시되기도 했다. 그런데 최근 이산화탄소를 바라보는 시각이 달라지고 있다. 단순히 버려지는 물질이 아닌 하나의 유용한 자원으로 바라보기 시작한 것이다. ‘이산화탄소 처리=비용 부담’이라는 기존의 인식을 깨고 이산화탄소를 고부가가치의 원료나 친환경적인 연료로 전환하는 노력이 시도되고 있다. CCU(이산화탄소 포집 및 재활용, Carbon Capture and Utilization)기술이 환경 문제 해결과 수익 창출의 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 대안 중 하나로 주목받고 있다.

CCS의 한계 및 CCU의 대두
2010년 기준 전세계 이산화탄소 배출량은 약 330억 톤으로, 이 가운데 발전소에서 배출된 이산화탄소가 40% 이상의 비중을 차지한다. 화석 연료에 절대적으로 의존하고 있는 에너지 구조를 단기간 내에 바꾸기 어려운 상황에서 이산화탄소 배출은 증가할 수밖에 없다.  발전소, 제철소 등 주로 대량의 이산화탄소 배출원에 적용될 수 있는 CCS는 구현될 경우 기존의 에너지 구조 하에서도 단번에 이산화탄소를 제거할 수 있는 효과적인 방법임에 틀림없다. 이러한 장점에도 불구하고, 저장과 관련한 문제점들로 인해 CCS가 과연 실제로 구현 가능할 것인지 의문이 제기되고 있다. 우선 현실적으로 접근 가능한 저장 장소가 제한적이다. 저장 능력 및 안정성 측면에서 적합한 장소로는 지하 약 1,000m 깊이의 대염수층 및 석유/가스층, 석탄층 등이 있다.

그러나 이들 장소는 대부분 이산화탄소 발생원과 상당히 멀리 떨어져있어 접근성이 극히 낮다. 또한 비교적 접근 가능한 지역에 저장능력이 충분한 안정적 저장 공간이 존재한다 하더라도 정치적 이슈가 여전히 걸림돌로 작용할 가능성이 높다. 일정하게 흘러나오는 대량의 이산화탄소를 운송해야 하는 만큼 이산화탄소 저장을 위해서는 장거리의 파이프라인 구축이 불가피하다. 그런데 파이프라인 인프라 구축은 해당 지역 주민 및 정부의 이해관계, 이산화탄소 누출 리스크 등이 복잡하게 얽혀 추진에 난항이 거듭될 전망이다. 석탄화력이 전력생산의 큰 비중을 차지하고 있어 CCS 기술 개발에 적극적인 입장을 취해온 독일에서조차 CCS 시범 프로젝트 추진에 있어 정치적 이슈가 걸림돌이 되고 있다.

지난해 4월 독일 정부가 발표한 이산화탄소 저장 테스트와 관련한 법안에서, 독일은 지방 정부로 하여금 실증 테스트에 대한 승인 여부를 결정할 수 있게 함으로써 CCS를 혐오시설로 인식하고 있는 지역 주민들의 손을 들어주었다. 독일의 유명 시사주간지 Spiegel은 법안 발표 뉴스 보도와 함께 “기술적인 측면에서 CCS는 비록 당장은 아닐지언정 이산화탄소 배출을 저감시켜줄 수 있는 밝은 미래가 기대되고 있지만, 정치적 측면에서는 이미 지난주에 과거가 되었다” 라고 언급했다.

이렇듯 CCS 기술이 테스트조차 되어보기 전에 브레이크가 걸릴 가능성이 높아짐에 따라 이산화탄소 처리에 대해 다른 방식의 접근이 시도되고 있다. 막대한 탄소 자원의 원천이 될 수 있는 이산화탄소를 쓰레기처럼 묻어버릴 것이 아니라 재활용하는 방법을 찾기 시작한 것이다. CCS와 같이 한번에 다량의 이산화탄소를 처리하기는 어렵겠지만, 입지 조건에 대한 제약이 적고, 비용 발생이 아닌 수익 창출이 가능하고, 재활용을 통해 대체 화석 연료로 전환할 수도 있다는 점 등에서 CCU가 주목 받고 있다.
 
혁신적 CCU 기술에 대한 연구 개발 활발
CCU란 이산화탄소를 포집해 이를 고부가가치의 제품으로 재활용하는 기술이다. 그런데 이산화탄소의 재활용 방안을 모색하는데 있어서는, 반드시 충족되어야만 하는 몇 가지 핵심 원칙들이 있다. 우선 이산화탄소를 재활용하는 새로운 공정은 전체 가치사슬 과정에서 총 이산화탄소 발생량을 줄일 수 있어야 한다. 또 이산화탄소를 재활용하는 새로운 공정이 기존 대체 공정 대비 에너지 및 자원 사용량을 줄일 수 있어야 한다는 점이다.

실제로 이산화탄소는 화학적, 열역학적으로 매우 안정한 물질로, 이를 물리화학적으로 변환하기 위해서는 많은 에너지를 필요로 한다. 이산화탄소가 주로 1,000℃ 수준의 발전 과정에서 배출되는 물질임을 생각해볼 때, 동일한 열화학적 방법으로 이산화탄소를 변환시키려는 시도는 에너지 문제 해결에 역행하는 방식일 가능성이 높다. 이와 같은 전제 조건 하에서 혁신적인 CCU 기술에 대한 연구 개발이 활발하다.

화학 기업들, CCU 사업화에 적극적
CCU는 환경 문제 해결과 더불어 신수익원을 창출할 수 있다는 점에서 많은 기업들이 연구 개발에 관심을 보이고 있다. CCU에는 다양한 기술 역량이 요구되는데 특히 촉매화학, 광화학, 바이오 등 화학적 역량이 크게 필요해 선진 화학 기업들이 기존의 역량을 바탕으로 혁신적 CCU 기술 개발에 적극적으로 나서고 있다. 이들은 다양한 CCU 분야 중 특히 주로 인공광합성을 통한 연료 생산과 이산화탄소를 원료로 한 플라스틱 개발에 주목하고 있으며, 기술 개발과 더불어 발전/엔지니어링 기업들과의 협력을 통한 효과적인 비즈니스 모델을 구축하기 위해 노력하고 있다.

지난해 1월 새해 국정연설에서 미국의 오바마 대통령은 청정 에너지 분야에 대한 2011년판 아폴로 계획을 제시하며 인공광합성을 통해 이산화탄소를 연료로 전환하는 기술을 첫 번째로 언급했다. 아폴로 계획은 냉전시대 우주 경쟁에서 승리하기 위한 미국의 야심 찬 달탐사 계획이다. 기술 혁신의 측면에서 과거 냉전시대에 전세계가 우주 기술 경쟁에 몰두했다면, 금융위기 이후 세계는 바야흐로 에너지/환경 기술 경쟁에 돌입했다 해도 과언이 아니다. 달에 사람을 보냄으로써 소련에게 밀리던 미국의 경쟁력을 완전히 회복시켰던 것처럼 혁신적 에너지/환경 기술 개발을 통해 미국 미래의 청사진을 그리겠다는 것이다.

한편 독일 연방 교육연구부 의원 Thomas Rachel은 Bayer의 이산화탄소 플라스틱 파일럿 설비 가동식에 참석해 “이산화탄소를 바라보는 시각이 획기적으로 바뀌어야 할 것” 이라고 강조하면서 독일 정부는 이산화탄소를 쓰레기가 아닌 원료로 인식해 재활용하는 방안들을 적극적으로 지지한다고 말한 바 있다.

이산화탄소 지금까지 폐기물에 지나지 않았다
화석연료 사용에 따라 배출되는 이산화탄소는 지금까지 폐기물에 지나지 않았다. 기껏해야 이산화탄소를 드라이아이스나 탄산음료의 원료로 사용하는 정도가 재활용의 전부였다. 이산화탄소를 포집해 쓰레기와 같이 지하에 매립하는 CCS(이산화탄소 포집 및 저장, Carbon Capture and Storage)가 온난화에서 지구와 인류를 구할 수 있는 궁극적인 대안으로 제시되기도 했다. 그런데 최근 이산화탄소를 바라보는 시각이 달라지고 있다.

단순히 버려지는 물질이 아닌 하나의 유용한 자원으로 바라보기 시작한 것이다. ‘이산화탄소 처리=비용 부담’이라는 기존의 인식을 깨고 이산화탄소를 고부가가치의 원료나 친환경적인 연료로 전환하는 노력이 시도되고 있다. CCU(이산화탄소 포집 및 재활용, Carbon Capture and Utilization)기술이 환경 문제 해결과 수익 창출의 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 대안 중 하나로 주목받고 있다. 이산화탄소 문제 해결과 성장, 그 어느 하나도 포기할 수 없는 상황에서 “녹색성장”은 전세계적 화두가 아닐 수 없다. 이산화탄소 문제 해결에 있어서 효율성 향상, 신재생에너지 개발, CCS, CCU, 그 어떤 것도 한가지로서 만병통치약이 될 수는 없을 것이다.

그러나 점차 이산화탄소 문제를 해결하는 방안이 진화하고 있으며, 진화의 방향은 보다 효과적이고 안전하며 동시에 새로운 가치를 창출하는 길이 될 것이다. 이산화탄소 포집이 기술측면에서는 가시적인 성과를 보이고 있으나 규제측면에서 아직까지 시급히 의무화해야 하는 상황이 아닌 만큼 기업 입장에서 대규모 이산화탄소 포집을 위한 설비투자를 서두를 이유는 없을 것이다. 그러나 환경 규제 강화에 따라 이산화탄소를 포집해 처리해야 하는 경우, CCU의 적용이 빠르게 확산될 전망이다.

대부분의 CCU 기술은 CCS 대비 입지에 대한 제약 조건이 적고, 다양한 방식으로 이산화탄소 배출원에 접목되어 활용될 수 있어 발전, 제철, 화학, 시멘트 등 많은 산업 분야에서 적합한 이산화탄소 저감 방안으로 채택될 가능성이 높다. 더욱이 이산화탄소가 재활용되어 생산된 제품을 통해 부가가치를 창출할 수 있다는 측면에서 기업들의 관심이 높다. 이에 많은 화학 기업들이 미래 환경 규제 강화에 대응하여 혁신적 CCU 기술 개발을 통해 진화의 흐름에 앞장서고 있다. 환경 규제에 앞서 대응함과 동시에 기술 기반 신사업 기회로서 CCU에 대한 검토가 필요한 시점이다.

  출처 : LG경제연구소