탄소의 포집, 저장, 활용 기술 CCUS

CCS기술은 탄소를 발생시키는 대부분의 산업부문의 이산화탄소를 포집합니다. 어렵게 잡아둔 탄소를 다시는 대기 중에 돌아다니지 못하게 봉인해야 합니다. 그래서 이산화탄소를 압축하여 땅 속 깊숙이 저장합니다. 땅속에 저장된 이산화탄소는 시간이 지나면 용해되거나 광물화가 진행됩니다.
또한 포집한 이산화탄소를 활용하여 연료, 화학물질, 건축자재 등 새로운 제품을 만드는 고부가가치 상품기술인 CCU가 있습니다.
1930년경 천연가스 채굴과 생산 과정에서 깨끗한 가스를 얻기 위해 이산화탄소를 제거하였습니다. 바로 CCUS의 시초였습니다.
이제 이 기술들은 탄소중립을 이루기 위해 반드시 필요하게 되었습니다.
1996년 노르웨이는 천연가스 공정 중 배출되는 이산화탄소를 포집하여 저장하였습니다. 연간 70만 톤 이상의 탄소를 포집하고 있습니다. 이후 캐나다, 미국, 호주, 일본등 선진국들이 탄소포집에 동참하였습니다. 그리고 중동과 동남아로도 확산되고 있습니다.
미국은 10개의 대규모 CCS시설을 갖춰 연간 25메가톤의 이산화탄소를 지하 2km에 포집 처리하고 있습니다. 전 세계 탄소 포집량의 2/3을 차지하는 용량입니다.
이렇게 포집된 이산화탄소를 압축하여 땅이나 바다 밑에 안전하게 보관하는 기술로 CCS가 주목받고 있습니다.
산업시설에서 발생되는 CO₂를 용매가 들어 있는 흡수제와 결합시키면 열이 발생되고 이산화탄소와 다른 기체로 분리됩니다. 분리된 이산화탄소만 회수하고 나머지 기체는 배출합니다. 용매는 다시 포집에 재활용하고 이산화탄소는 땅 속에 저장합니다.
이산화탄소를 높은 압력과 낮은 온도로 액화시키면 밀도와 점성이 높아 저장탱크나 배관에 손상을 줍니다. 액화된 이산화탄소 탱크를 열면 기화가 일어나면서 주위온도를 급히 냉각시켜 남은 액화 이산화탄소가 드라이아이스가 됩니다. 이때 발생되는 이산화탄소의 기체는 점성과 밀도가 모두 낮아 수송 시 유실량이 클 수 있습니다.
그래서 액체와 기체의 중간 상태가 되게 점성을 낮추고 밀도를 높여주면 안전하고 효율적으로 저장할 수 있습니다.
저장 장소는 현무암층, 석탄층, 신부염수층 등이 적당합니다.
이 중에서 바다보다 높은 염도로 채워진 다공질 암석층이 많은 심부염수층이 최고의 저장장소로 꼽힙니다. 오랜 세월이 지나면 이산화탄소는 탄산염화 과정에 의해 고체인 탄산염이 됩니다.
과거 백악기에서 에오세 기간(약 1억 4600만~4000만 년 전) 대기에는 산업혁명 이전보다 이산화탄소 농도가 16배 높았습니다. 그런데 그 많던 이산화탄소가 오랜 세월에 의해 사라졌습니다. 마그네슘이온이 풍부한 민물과 이산화탄소를 머금은 바닷물의 혼합작용에 의해 돌로 변한 것입니다.
CCS기술은 저장할 넓은 장소를 확보해야 하고 지진이나 전쟁에 의해 봉인해제가 되면 피해가 커질 것이고 안정성과 고비용이 문제입니다.
이 한계를 극복할 수 있는 기술이 바로 포집된 탄소를 활용하는 CCU입니다.
포집된 탄소를 광물화, 생물전환, 화학전환의 다양한 전환을 하여 새로운 제품으로 재활용하는 기술입니다.
예를 들어, 이산화탄소에 광물화 기술을 적용시켜 탄산칼슘을 만들어 친환경 건축자재나 콘크리트 원료를 생산하는데 활용합니다.
상용화되기까지는 기술이 부족하고 막대한 개발 비용이 발생되지만 탈탄소 정책의 가속화로 연구개발이 신속하게 진행되고 있습니다.
국제에너지기구 IA는 2050 탄소중립을 이루기 위해서 약 22억 톤의 이산화탄소 중 15%가량을 CCUS기술로 처리해야 한다고 말합니다.
수소 생산 과정에서 발생되는 이산화탄소를 포집하여 저장하거나 재생원료로 활용하면 그레이수소는 저탄소 블루수소가 됩니다.
탄소중립에 도달하기 위해 신재생에너지와 친환경 자원순환을 연계한 CCS와 CCU를 합친 CCUS기술은 잠재력 높습니다.
국가와 기업이 CCUS사업에 주목하는 이유는 환경적 이점뿐만 아니라 경제적 이익이 크기 때문입니다.
탄소세와 탄소국경세와 같은 규제에서 자유로운 거래 수단으로 적용될 것입니다.
또한 사업의 다각화와 수익을 창출하는 범위가 넓어져 지속가능한 미래를 위한 신산업으로 주목받고 있습니다.