이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS)은 포집한 이산화탄소를 저장해 환경에 영향을 주지 못하게 하는 CCS(Carbon Capture & Storage)와 이를 유용한 자원으로 활용하는 CCU(Carbon Capture & utilization)를 합친 기술이다.
과거엔 석유, 천연가스 등 화석연료 생산량을 증진하기 위해 주로 사용됐다. 1970년대부터 노후 유전에 이산화탄소를 주입해 석유 생산량을 늘리는 공정인 석유회수증진(EOR) 프로젝트나 천연가스 채굴·생산 공정에서 순수한 가스를 얻기 위해 불순물인 이산화탄소를 제거하는 공정이 대표적이다.
최근엔 기후위기 주범인 이산화탄소를 직접 포집하고 활용한다는 점에서 탄소중립 달성을 위한 핵심 기술로 주목받고 있다. 국제에너지기구는 CCUS의 탄소중립 기여도가 18% 수준이 될 것으로 예측한 바 있다. 이는 에너지 효율 향상 기술(40%), 재생에너지(35%) 다음으로 높은 것이다.
CCUS는 탄소의 포집, 활용, 저장으로 나뉜다.
먼저 포집은 화석연료가 연소될 때 발생하는 배기가스에서 이산화탄소를 흡수제 등을 통해 분리하는 기술로, 1930년대부터 약 100년에 걸쳐 활용돼왔다. 특히 CCUS 전체 비용 중 포집 비용이 70~80%를 차지할 만큼 중요한 기술이다.
포집은 공정 위치에 따라 크게 연소 후, 연소 전, 순산소 연소로 구분된다. 이 중 연소 후 포집 기술은 화석연료의 연소 후 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 선택적으로 포집해 고농도 이산화탄소로 회수하는 기술이다.
최근엔 대기 중 이산화탄소를 직접 포집해 농축 이산화탄소를 생산하는 직접공기포집(DAC) 기술이 차세대 기술로 주목받고 있다.
저장은 포집된 이산화탄소를 파이프라인이나 선박을 이용해 육지·바다의 깊은 땅속에 주입해 저장하는 기술이다.
해당 기술은 저장 위치에 따라 크게 지중저장(고갈유/가스전, 심부대수층, 석탄층 등), 해양저장, 지표저장으로 분류된다. 이 중 지중저장은 많은 양을 안전하게 격리할 수 있는 기술로 1996년부터 북미, 유럽 등에서 석유·천연가스 개발사업과 연계해 활발히 개발·적용되고 있다.
활용은 포집된 이산화탄소를 화학적·생물학적 반응을 통해 유용한 물질로 전환하는 기술로, 크게 포집된 이산화탄소를 바로 사용하는 직접 활용기술과 여타 유용한 제품으로 바꾸는 전환기술로 구분된다.
직접 활용기술은 농업, 식품, 냉방·냉장 등 이산화탄소의 고유 물성을 활용하는 것이며 전환기술은 화학적 또는 생물학적 반응을 통해 이산화탄소를 탄소화합물, 바이오 기반 유용물질, 탄산염 광물로 전환·활용하는 것이다.
정부는 지난 2023년에 수립한 ‘국가 탄소중립·녹색성장 기본계획’에 따라 CCUS의 2030년 감축목표를 기존 1,040만 톤에서 1,120만 톤으로 80만 톤 확대했다. 누적으로는 2030년까지 1,680만 톤을 감축해야 한다.
그 일환으로 정부는 지난 2021년 이산화탄소 포집·활용(CCU) 기술의 전략적 연구개발 투자를 뒷받침하기 위해 ‘이산화탄소 포집·활용 기술혁신 로드맵’을 수립했다.
CCU 기술이 탄소중립 실현에 중요한 수단임에도 기술 수준이 낮고 불확실성이 높아 전략적 투자를 뒷받침하기위한 중장기 R&D 로드맵이 필요하다고 판단해 해당 로드맵을 수립했다.
정부는 로드맵을 통해 2030년까지 14개 CCU 상용제품을 확보하고 2040년까지 기존 시장가격 수준의 가격경쟁력을 확보해 탄소중립 실현 및 CCU 신시장을 창출한다는 계획이다.
로드맵은 총 4가지 추진전략으로 구성됐다. 이 중 핵심인 ‘기술혁신 전략’은 기술경쟁력, 시장경쟁력, 온실가스 감축 효과 등을 평가해 이산화탄소 포집, 화학전환, 생물전환, 광물탄산화, 기타 탄소 등 5대 분야별 59개 중점기술을 선정하고 중점기술들을 2030년 산업계 적용 가능성을 기준으로 상용화 기술과 차세대 기술로 분류했다.
예를 들어 이산화탄소 포집 분야는 연소 배기가스 포집, 산업 공정가스 포집, 바이오·매립지가스 포집, 연료 연소 중 원천분리, 차세대 포집 기술 등 총 5가지 주제로 구성됐다.
이 중 산업 공정가스 포집은 수소, 석유화학, 철강·시멘트를 생산하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집·전환하는 기술을 개발해 2030년 연간 40만 톤의 이산화탄소를 포집하며 수소를 생산하는 기술을 상용화하는 것이다.
이를 위해 총 5개의 과제를 진행할 예정이며 과제 모두 상용화 기술로 분류됐다. 이렇게 선정된 중점기술을 개발하기 위한 사업들이 진행되고 있다.
기술개발만큼 중요한 것이 제도개선이다. 특히 이산화탄소를 적극적으로 활용할 수 있는 제도가 필요하다. 이를 위해 정부는 ‘이산화탄소 포집·활용 기술혁신 로드맵’에서 이산화탄소의 경제적 활용을 위한 법적 근거를 마련하기로 했다.
자발적인 시장형성이 어려운 기술적 특성을 고려해 초기시장 창출 및 사업 연속성을 유지할 수 있는 법적 근거와 현행 규제요인을 해소해 이산화탄소 원료 활용 및 CCU제품 생산·판매 전주기에 걸쳐 원활하게 운영될 수 있는 제도적 근거를 마련하기로 했다.
그 일환으로 지난 2022년 9월 자원순환기본법 시행령을 개정해 포집한 이산화탄소를 폐기물과 결합해 만든 탄산화물의 재활용 가능 유형을 화학제품 제조로만 규정하던 것을 골재, 시멘트, 콘크리트 등 건설용 소재, 고무, 섬유, 합성수지 제품을 제조하는 것도 허용한다.
무엇보다 CCUS를 적극적으로 활용할 수 있도록 경제성을 높여야 한다.
한 CCUS 업계 관계자는 “이산화탄소 포집을 의무화하거나 탄소배출권 가격이 10만 원 이상 되지 않으면 의미가 없다”라며 “예를 들어 이산화탄소 포집을 반드시 해야 한다면 경제성을 확보할 수 있는 CCUS 제품에 대한 수요가 많아질 것”이라고 밝혔다.
실례로 현재 온실가스 배출권 국내 시세는 2월 19일 기준으로 1톤당 9,590원이다. 거래제가 시행된 2015년 7,860원에서 2019년 4만950원까지 오른 뒤 하락을 거듭하더니 1만 원 아래로 떨어졌다. 전문가들은 국가가 기업에 무상으로 할당하는 배출권이 너무 많아 기업이 온실가스 배출량을 줄이도록 유도하기엔 턱없이 낮은 가격을 기록한 것으로 분석한다.
이에 정부는 지난해 12월 제4차 배출권거래제 기본계획을 확정했다. 핵심은 2026년부터 2030년까지 발전 부문 유상할당 비율을 대폭 높이기로 했다. 나머지 부문도 유상할당 비율을 상향한다. 구체적인 비율은 올 상반기에 수립될 배출권 할당 계획에 제시된다.
CCUS를 적극적으로 활용할 수 있도록 기술개발 속도와 제도개선 속도를 높여야 한다는 지적이다.