'수소 1위' 한국, 이산화탄소 기술도 치고 나간다

정부, 연 1000억 이상 투자해 '제2의 석유'로 활용 추진

[아시아경제 김봉수 기자] 정부가 2050 탄소중립을 위해 '수소 경제'를 추진하고 있는 가운데, 이번엔 이산화탄소(CO2) 자원화 전략을 들고 나왔다. 연간 1000억원 이상을 투자해 이산화탄소 자원화 기술 개발에 본격적으로 나선다. 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 포집해 석유를 대신할 수 있는 각종 화학물질로 전환해 사용하겠다는 것으로, 기후 변화를 막는 한편 자원도 확보할 수 있어 전세계 각국들도 주요 탄소 중립으로 적극 연구 개발 중이다. 아직은 널리 알려지지 않은 이산화탄소 자원화 기술과 우리 정부의 전략에 대해 알아보자.

◇ 이산화탄소 자원화란?

이산화탄소는 탄소 1개에 산소 2개가 결합된 분자 구조를 갖고 있는 안정된 물질이다. 주로 발전이나 제철 등 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 촉매를 통해 수소 등을 결합시키면 유용한 물질로 전환된다. 나프타, 부탄올, 에틸렌, 메탄, 개미산, 암모니아 등 화학 원료ㆍ중간재나 건축재(탄산염 등), 식음료용 등을 생산할 수 있다. 특히 현재로선 석유를 정제해서 얻고 있는 1차 화학원료 나프타도 이산화탄소를 전환해 만들 수 있다. 휘발유나 플라스틱 원료 등을 석유가 아니라 이산화탄소에서 얻을 수 있다는 얘기다. 다만 아직까진 비용 대비 효율이 극히 낮아 경제성이 떨어진다. 포집ㆍ활용 기술을 CCU(Carbon Capture, Utilization), 여기에 저장(Storage) 기술이 포함되면 CCUS로 불린다.

◇ 탄소 중립에 필수

지구 온난화를 막기 위한 마지노선은 앞으로 평균 온도 상승 폭을 섭씨 1.5도 이내로 묶는 데 있다. 이를 위해 2030년까지 온실가스 배출량을 2010년 대비 최소 45% 줄여야 하며, 2050년까지는 탄소 중립, 즉 온실가스의 배출량과 흡수량이 같아지도록 해야 한다. 한국도 이를 위해 지난해 12월 탄소중립 전략을 발표한 바 있다. 온실가스 중 많은 양을 차지하는 이산화탄소, 일산화탄소를 자원화할 수 있는 CCU 기술의 중요성이 강조될 수 밖에 없는 배경이다. 이산화탄소 자원화는 그 자체로 탄소 저감이 될 뿐만 아니라 석유를 대체할 수 있기 때문에 일석이조의 효과를 갖는다.

◇해외는 '핵심 전략', 한국은 아직

주요 국가들은 이산화탄소 자원화 기술을 주요 탄소 중립 전략으로 적극 추진 중이다. 미국, 영국, 독일, 일본 등은 최근 발표한 장기 저탄소 전략에서 CCUS 기술을 핵심 전략 수단으로 포함시켜 지원을 강화하고 있다. 유럽연합(EU)은 2050 탄소 중립 시나리오를 통해 약 22억t의 이산화탄소 감축 목표 중 CCU 기술을 통해 3억t(14%)을 줄이겠다는 목표를 세웠다. 호라이즌 2020 등 주요 연구개발(R&D) 프로그램을 통해 기술 개발을 집중 지원하는 한편 의무사용 재생연료 범위에 CCU 연료를 포함하도록 하고 있다. 미국은 2018년 '45Q Tax Credit' 정책의 일환으로 이산화탄소 자원화 시설에 대한 세액 공제 혜택을 확대했다. 국제에너지기구(IEA)는 2070 글로벌 탄소중립 시나리오에서 CCUS 기술 기여도를 총 감축량의 15%로 제시했다. 한국도 2011년부터 지난해까지 'korea CCS-2020' 프로젝트를 추진하면서 관련 기술 R&D를 추진했고, 2016년엔 탄소자원화 발전 전략을 세우기도 했다. 하지만 상용화를 촉진하는 제도적 지원은 부족하다는 평가다.

◇해외 시장 동향은?

현재 전세계적으로 21개의 대규모 상업용 CCUS 설비가 운영중이며 연간 최대 4000만t의 수준의 이산화탄소가 포집돼 활용되고 있다. 그러나 대부분 영구저장 및 석유회수증진(EOR) 용도로 운영 중이다. CCU 관련 시장은 아직 형성되지 않은 상태다. 하지만 탄소 중립 선언ㆍ글로벌 탄소 규제 강화로 CCU 시장은 급속도로 성장할 전망이다. ICEF는 2016년 오는 2030년께 CCU 제품의 시장 규모가 8400억 달러에 이를 것으로 전망했고, 연간 70억t의 이산화탄소가 여기에 소요될 것으로 전망했다. 2019년 발간된 국제에너지기구(IEA) 보고서도 2070년께에 CCUS의 이산화탄소 수요는 연간 50억t으로 예측했다.

◇ 기술 개발은 어느 정도?

미국, 유럽에선 다양한 제품ㆍ공정 원천 연구가 활발히 추진 중이며 일부 기술 제품은 상품화 단계다. 일본의 아사히 카세이는 에틸렌카보네이트, EU의 코베스트로는 폴리우레탄을 상용 제품으로 생산 중이다. 특히 EU는 이산화탄소를 메탄올 등 연료로 활용하는 Power-to-X 기술을 집중적으로 연구 중이다. 국내에선 대부분의 기술이 학계ㆍ연구계 중심의 기초ㆍ원천 연구 단계다. 다만 한국과학기술연구원(KIST)이나 한국화학연구원(화학연) 등이 활발히 연구하고 있는 전기화학ㆍ광화학적 전환 기술은 세계적 수준으로 알려져 있다. 또 화학연이 현대오일뱅크와 1일 10t의 메탄올을 생산하는 기술을 실증하고 있으며, 고분자 제품의 경우 SKI의 폴리프로필렌 카보네이트, 그린케미칼의 알킬렌 카보네이트 등이 상용화 단계다.

◇ 한국 정부, 종합 전략 내놔

정부는 이번에 사상 처음으로 전문가 50여명이 참여해 종합적인 CCU 기술 개발 전략을 내놨다. 2040년까지 기존 시장 가격 수준의 가격 경쟁력을 확보해 탄소중립 실현 및 CCU 신시장 창출하는 것이 목표다. 이를 통해 현재 톤당 60~70달러 수준인 포집 비용을 20달러 수준으로 낮추고, 화학ㆍ광물화 전환을 통해 2030년까지 14개 상용제품군을 확보한다.

CCU 핵심기술 확보를 위해 정부와 민간의 R&D 투자를 확대한다는 내용도 포함됐다. 정부는 2010년부터 2019년까지 총 4600억원을 투자했지만 당초 예정했던 규모의 절반에 그쳤다. 체계적인 개발과 상용화를 위한 대규모 실증 등에 어려움이 있었다. 이에 정부는 내년까지 계획을 마련해 2023년부터 연 1000억원 이상의 대규모 투자를 진행할 계획이다.

소규모로 추진중인 포집ㆍ전환 공정의 실증을 중대 규모로 격상하고, R&D 세액 공제 확대, 정부R&D 매칭 비율 완화 등 인센티브 방안을 마련할 계획이다. 이와 함께 CCU 기술의 온실가스 감축 효과를 국가인벤토리 및 감축 사업에 객관적으로 반영할 수 있는 제도적 기반을 마련한다. CCU 기술이 산업 등 현장에 적용돼 감축으로 이어질 수 있도록 정부와 민간의 추진 체계도 정비한다.

과기정통부 관계자는 "이번 로드맵은 앞으로 CCU 분야 정부 R&D 사업 기획과 추진의 기반으로서 실질적으로 활용될 예정"이라며 "CCU 기술의 현장 적용을 통한 2030년 국가온실가스 감축 목표 달성과 2050년 탄소중립을 실현해 나가는데 있어 중요한 이정표로 작용할 것"이라고 말했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr