석탄 속 이산화탄소 분리·저장… 클린 발전소 뜬다

올 1월 말 정부는 향후 10년간 한국을 먹여 살릴 ‘신성장동력’을 발표했다. 발표자로 나선 조원동 국무총리실장의 입에서 낯선 용어가 튀어나왔다. 이산화탄소 포집 및 저장 기술(CCS·Carbon capture and storage). 조 실장은 “신성장동력은 세계를 선도할 수 있거나 약간의 노력으로 세계 시장과의 격차를 줄일 수 있느냐가 관건”이라며 “CCS는 우리가 선도할 수 있을 뿐 아니라 막대한 이익을 창출할 수 있어 집중해야 하는 분야”라고 강조했다.

●온난화 주범을 땅속·물밑에 묻어

CCS는 말 그대로 기후온난화의 주원인으로 지목되는 이산화탄소를 공기 중에서 직접 모으거나 땅 또는 물 밑에 저장하는 기술이다.

CCS가 주목받고 있는 결정적인 이유는 사회의 변화 속도에 있다. 자원고갈과 지구온난화의 원흉으로 지목되면서 100년 가까이 지속돼 온 석유의 시대가 저물어가고 있지만 아직까지 석유를 완전히 대체할 수 있는 에너지는 개발되지 않았다. 태양광, 풍력 등 신재생에너지는 성장과 확산 속도가 느리고, 원자력 발전의 경우 환경유해성 논란에서 자유롭지 않다. 가장 유력한 미래에너지로 평가되는 핵융합발전은 2045년, 수소에너지도 그 무렵에나 원활한 사용이 가능하다. 이 때문에 인류가 새로운 에너지를 갖게 되기 전까지 매장량이 풍부한 석탄을 보완할 수 있는 신기술 개발이 절실한 상황에서 CCS가 그 대안으로 떠오르고 있는 셈이다.

아이디어에서 상용화를 향해 나아가고 있지만 CCS는 아직 미지의 기술이다. 세계 각국은 CCS 원천기술을 선점할 경우 향후 20~30년간 전세계를 주도하며 막대한 이익을 얻을 수 있다는 점 때문에 투자를 아끼지 않고 있다.

이웃 일본은 2050년까지 이산화탄소 배출량을 60~80%까지 줄이겠다는 목표를 세우고 CCS 기술에 전폭적인 지원을 하고 있다. 석탄을 이용한 화력발전소에서 발생하는 이산화탄소를 분리, 회수하면서 ‘이산화탄소 제로(0) 화력발전소’를 꿈꾸고 있다. 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 이같은 화력발전소가 상용화될 경우 100년 동안의 전세계 이산화탄소 배출량에 해당하는 2조t의 저감이 가능할 것으로 보고 있다.

일본 CCS기술 연구는 ‘제이파워(J-POWER)’가 주도하고 있다. 대형 전력회사인 제이파워는 이미 1992년부터 CCS기술 개발에 착수해 현재 초기 상용화 단계에 접어들었다. 제이파워는 2000억원을 들여 2010년 호주 칼라이드 석탄 발전소에 CCS기술을 적용해 저장장치 실증에 나설 계획이다.

캐나다, 미국, 중동 등지에서는 천혜의 자연요건을 이용한 CCS기술이 개발되고 있다. 한국과 일본 등이 CCS기술 적용을 위해 별도의 공간을 찾아야 하는 데 반해 이들은 석유를 뽑아낸 지하지형을 그대로 이용할 수 있다. 이산화탄소 저감사업단 관계자는 “캐나다의 경우 생산량이 줄어드는 유전에서 석유를 뽑아내기 위해 땅속에 이산화탄소를 주입해왔다.”면서 “이 경우 이산화탄소는 땅 속에 그대로 남게 되는 만큼 사실상의 CCS기술로 볼 수 있다.”고 밝혔다.

특히 이 기술은 막대한 자본을 가진 석유개발업체와 결합해 두 회사 모두 이익을 얻을 수 있기 때문에 초기투자 비용을 보전할 수 있다는 장점이 있다. 또 안정적인 이산화탄소 저장 공간 확보도 자연스럽게 이뤄진다. 미국 역시 실증시설 개발 단계에 접어들었고, 이산화탄소 제로선언 등으로 세계적 흐름을 주도하는 노르웨이는 연 100만t 이상의 저장 시설을 검토 중이다.

●상용화되면 처리비용 낮아질 듯

현재 전세계적으로 연구되고 있는 CCS 기술은 연소 후 기술, 연소 전 기술, 순산소 연소 등 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 이산화탄소가 발생하는 경로가 다양한 만큼 여러 가지 기술이 개발돼야 더욱 효과적이기 때문이다. 연소 후 기술은 석탄 발전소나 공장에서 배출되는 혼합가스에서 이산화탄소만을 분리하는 여과 방식이다. 이산화탄소와 결합하는 흡수제 속에 배출가스를 통과시키면 흡수제에서 이산화탄소를 별도로 분리해 저장할 수 있다. 연소 전 기술은 이산화탄소를 배출하는 연료를 사용 전에 미리 처리해 이산화탄소를 분리해내는 방법이다. 순산소 연소 기술은 석유, 석탄 등을 태울 때 일반 공기 때신 산소만을 이용해 이산화탄소를 쉽게 분리해내는 원리다.

CCS기술의 가장 큰 한계는 비용이다. 화력발전소에 CCS기술을 적용할 경우 두 개의 발전소에 드는 만큼의 비용이 들어간다. 일본 제이파워의 경우 현재 이산화탄소 1t을 처리하기 위해 6000~8000엔의 비용이 들어간다. 이는 현재 초기상태인 기후거래소의 이산화탄소 거래비용과 비슷한 수준이다. 그러나 학자들은 본격적인 상용화 단계에 접어들면 처리비용은 급격히 줄어들 것으로 보고 있다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

■ 한국 CCS 기술 수준은

포집기술 세계 정상급… 동해에 CO 저장 프로젝트 추진

“한국의 CCS 기술은 포집 분야에서는 정상급으로 평가할 수 있습니다. 다만 저장 분야에서는 장소 탐색 등 해결해야 할 과제들이 많이 남아 있습니다.”

국내 CCS 기술 개발을 총괄하는 교육과학기술부 이산화탄소 저감 및 처리기술개발사업단 박상도 단장은 “CCS는 국내 녹색성장 기술 중 가장 경쟁력 있는 분야”라고 강조한다. 선진국들이 1990년대부터 CCS기술 개발에 착수한 데 반해 한국은 2002년에야 사업단을 출범시키고 본격적인 경쟁에 뛰어들었다. 그러나 채 10년이 지나지 않아 한국은 선진국과의 격차를 1~2년 내로 극복했다는 것이 국내 전문가들의 평가다. 신성장동력 사업단은 CCS 기술의 전세계 시장규모를 연간 2000억달러로 예측했다.

현재 국내에서는 에너지기술연구원을 중심으로 한 이산화탄소 저감사업단을 비롯해 지질자원연구원, 해양연구원 등 국책연구기관과 남동발전, 중부발전 등이 활발한 연구를 펼치고 있다.

박 박사는 “선진국들이 사용하는 연소 후 기술, 연소 전 기술, 순산소 연소 등 세 가지 모두 국내연구진이 보유한 상태”라며 “천연가스가 많은 동해에서 사용할 수 있는 등 한국적 상황에 맞는 독창적인 기술도 다수 개발했다.”고 밝혔다.

지질자원연구원과 해양연구원은 땅과 바다에서 포집한 이산화탄소를 저장할 장소와 기술 개발에 나섰다. 지질연은 경북의 경상분지, 동해 6-1광구 지역의 동해-1 가스전이 가능성이 높은 것으로 보고 정밀조사를 실시 중이고, 해양연구원 강성길 박사팀은 동해가스전에 최대 1억8000만t을 저장할 수 있는 것으로 보고 있다. 해양연구원 관계자는 “2014년까지 약 1만t 규모로 저장이 가능한 시범 프로젝트를 진행할 계획”이라며 “2015년이면 100만t 규모로 저장 용량을 늘릴 수 있을 것”이라고 밝혔다.

그러나 일각에서는 CCS의 안정성 문제가 검증되지 않은 만큼 신중히 접근해야 한다는 의견도 있다. 해외에서는 이미 논란이 뜨겁다. 환경 단체들은 “CCS를 바다나 지하에 대량으로 주입할 경우 어떤 결과가 발생할지에 대한 검증이 되지 않았다.”는 입장을 발표하고 있다.

CCS 기술이 영원히 이산화탄소를 없애는 완성형 기술이 아니라는 점도 한계다. 계속해서 지하에 파묻다 보면 언젠가 공간이 다 소진될 수 있기 때문이다. 박상도 단장은 이같은 지적에 대해 “미래 원천에너지가 개발될 때까지 향후 20~30년간 이산화탄소 증가분을 낮추는 것이 CCS의 역할”이라고 강조했다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr