송민호 한국가스기술공사 에너지사업본부장
일상생활에서 기후 위기를 체감할 정도로 탄소중립은 인류가 직면한 생존의 문제가 되고 있다. 2021년 10월, 전 세계 120개국 정상이 참여한 제26차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP26)가 개최됐고, 이날 공동성명에 많은 나라가 2050년까지 탄소중립 시점에 동의했다. 탄소중립 구현을 위한 방법으로 이산화탄소 포집·활용·저장 (CCUS, Carbon dioxide Capture, Utilizaton and Storage) 기술이 이산화탄소 감축을 위한 혁신 기술로 주목 받고 있다.
CCUS는 대기 혹은 배기가스 중에 존재하는 이산화탄소를 포집하고 저장하는 ‘CCS’와 이산화탄소를 포집·활용하는 ‘CCU’ 두 기술이 합쳐진 것을 의미한다. 쉽게 말하자면 대기 중에 방출되는 이산화탄소를 모으고 저장하고 활용하는 기술이라 할 수 있다. 먼저 등장한 기술은 CCS였지만 발생한 모든 탄소를 저장할 공간은 지구적 관점에서 제한적일 수밖에 없다. 이 한계를 보완하기 위해 저장 후 포집된 잉여의 이산화탄소는 드라이아이스, 열전달 유체 등으로 활용하거나 화학적으로 다른 물질로 변형해 배합콘크리트, 항공유 등으로 활용 기술(CCU)이 개발되고 있다.
이산화탄소의 포집 기술은 연소시스템 혹은 배출공정 중 이산화탄소 분리 공정의 적용 위치에 따라 크게 연소 전, 연소 후, 연소 중으로 세분화돼 있다. 그중에서 가장 많이 사용하는 방식은 연소 공정 후 배출된 가스에서 흡수 분리, 흡착 분리, 막 분리, 혼합분리 기술을 이용한다. 연소 후 포집 기술로 적용 가능한 모든 기술은 모두 장·단점을 갖고 있으나 일반적으로 공정의 신뢰도나 처리용량 및 경제성을 고려했을 때 정성적으로 습식 흡수분리 기술이 다른 기술에 비교해 우위에 있다는 것으로 알려졌다. 이와 같은 화학 흡수분리제에 이용되는 흡수제로는 주로 유기 아민계 화합물(alkanolamine)이 많이 사용되고 있다.
이렇게 포집된 탄소는 서두에서 언급한 바와 같이 해양 혹은 지중 저장을 하거나 다양한 전환을 통해 활용하게 된다. 활용적 측면에서는 미세조류을 이용한 바이오 연료·바이오 소재로의 생물학적 전환, 화학 반응을 통해 연료·기초화학제품 등의 다양한 탄소화합물로의 화학적 전환, 탄산칼슘, 중탄산나트륨과 같은 친환경 건축자재의 원료로의 광물 탄산화로 나눌 수 있다. 현재 여러 나라에서 많은 연구가 활발히 진행 중이다.
미국 바이든 정부의 인프라 투자법 중 탄소 정책 규모는 190억 달러에 달하며 가장 큰 비중을 차지하는 것이 CCUS 기술에 대한 투자다. 이 중 58%가 탄소배출 흡수 기술인 직접 공기 포집 프로젝트에 사용될 예정이다. 국내에서는 평택 수소생산기지에서 배출되는 이산화탄소를 산업에 활용하는 기술개발, 동해 가스전 및 서해 군산 분지에 이산화탄소를 대규모 저장할수 있는 방안 등 국가 R&D 위주의 정책이 진행 중이다. 국제에너지기구 (IEA)는 "CCUS 기술 없이 기후 목표를 달성하는 것은 불가능하다고" 강조했다.