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- 배출된 이산화탄소를 포집·저장·활용하는 CCUS는 산업계 넷제로 달성을 위한 필수 감축 기술로 자리 잡고 있습니다.
- 재생에너지 전력으로 물을 분해해 탄소 배출 없이 생산하는 그린 수소는 발전과 대용량 에너지 저장의 핵심 대안으로 꼽힙니다.
- 두 기술 모두 상용화를 위해서는 높은 공정 비용과 전력 소모를 낮추는 기술 고도화와 함께 정부 차원의 R&D 실증 지원이 뒷받침되어야 합니다.
기후위기 대응과 온실가스 감축을 위한 글로벌 탈탄소 전환이 가속화되면서, 화석연료 대체뿐만 아니라 이미 배출된 탄소를 제거하고 청정 에너지원을 확보하는 미래 기술이 주목받고 있습니다. 바로 CCUS(탄소 포집·활용·저장) 기술과 그린 수소입니다.
단순히 화석연료 사용을 줄이는 것만으로는 2050 탄소중립 달성이 물리적으로 불가능한 산업 구조 속에서, 배출된 탄소를 직접 회수하고 에너지 패러다임을 바꿀 두 핵심 축을 살펴봅니다.
1. 배출된 탄소를 잡는 CCUS의 등장
공학적 관점에서 대기 중 극히 낮은 농도로 존재하는 이산화탄소를 직접 포집하는 기술(DAC)은 현실적으로 비용과 효율 측면에서 난관이 큽니다. 이에 따라 현재 산업계는 화력발전소나 제철소, 석유화학 정유공장 등 대규모 탄소 배출원에서 고농도 배출가스를 가로채는 CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage)에 집중하고 있습니다.
대규모 탄소를 배출하는 산업 현장에서 이를 직접 포집하는 기술이 탄소중립 실현의 핵심으로 떠오르고 있습니다.
포집 방식은 크게 세 가지로 나뉩니다.
- 습식 포집: 배기가스 속 이산화탄소를 액체 흡수제에 반응시킨 후 열을 가해 분리하는 방식
- 건식 포집: 이산화탄소와 잘 결합하는 고체 흡착제를 이용하는 방식
- 분리막 포집: 기체별 통과 속도 차이를 이용한 멤브레인 필터로 이산화탄소만 걸러내는 방식
이렇게 포집한 탄소는 압축 과정을 거쳐 폐가스전이나 수 킬로미터 깊이의 해저 대염수층에 영구 격리하거나(저장), 화학적 변환을 거쳐 플라스틱 원료, 합성연료, 바이오 의약품 원료, 탄산염 건축 자재 등으로 재가공(활용)합니다.
2. 왜 지금 CCUS와 수소인가: 넷제로 달성의 유일한 돌파구
국내 '2050 탄소중립 시나리오'에 따르면 CCUS 기술을 통해 감축해야 하는 이산화탄소 목표량은 최대 수천만 톤 규모에 달합니다. 철강, 시멘트, 석유화학 등 고온의 열과 화학 반응을 수반하는 중후장대 산업군은 공정 특성상 화석연료를 즉각 배제하기 어렵기 때문입니다.
글로벌 CCUS 시장 역시 가파른 성장세를 기록하며 규모를 빠르게 키워가고 있습니다. 여기에 연소 시 거의 물만 배출하는 무탄소 에너지원인 수소가 결합하면서, 산업과 수송 전반의 탈탄소화 퍼즐이 완성되어 가고 있습니다.
화석연료를 활용하여 수소를 얻어내는 추출 수소 방식은 현재 수소 생산의 주요 경로 중 하나로 자리 잡고 있습니다.
3. 궁극의 에너지원, 그린 수소의 작동 메커니즘과 현실적 장벽
수소는 생산 방식에 따라 탄소 배출 특성이 완전히 갈립니다. 석유화학 공정의 부산물로 얻는 부생수소나 천연가스를 개질해 얻는 추출수소는 제조 과정에서 온실가스가 발생합니다. 반면 태양광·풍력 등 재생에너지 전력으로 물을 전기분해하는 수전해 방식의 '그린 수소'는 공정 전반에서 탄소 배출이 거의 제로인 가장 이상적인 에너지원입니다.
하지만 그린 수소를 대규모로 도입하기까지는 뚜렷한 현실적 장벽이 존재합니다.
- 높은 생산 단가: 물을 분해하는 데 막대한 전력이 소모되며, 재생에너지 단가가 충분히 낮아지지 않으면 경제성을 확보하기 어렵습니다.
- 저장 및 운송 난도: 수소는 분자량이 매우 가벼워 누출 위험이 크고, 고압 압축 또는 극저온 액화 처리에 막대한 추가 에너지가 듭니다.
4. 산업계와 현장에 미치는 변화와 기술적 과제
현재 국내 기술 수준은 포집 및 저장 인프라를 중심으로 실증 단계에 진입하고 있으나, 포집한 탄소를 부가가치 높은 화합물로 전환하는 활용(CCU) 분야의 상용화 기술은 여전히 연구개발이 더 필요한 상황입니다.
그럼에도 철강, 정유, 발전 공기업을 필두로 CCUS 및 수소 터빈 혼소 발전, 대용량 에너지 저장 장치(ESS)용 수소 배터리 연구개발 투자가 활발히 이어지고 있습니다. 온실가스 배출권 거래제와 글로벌 탄소국경조정제도(CBAM) 등 규제 환경이 현실화되면서 탄소 감축 기술은 단순한 환경 비용을 넘어 기업의 생존 조건으로 재편되었습니다.
5. 앞으로 무엇을 주목해야 하는가
CCUS와 그린 수소의 성패는 규모의 경제를 통한 단가 인하와 원천기술의 조기 상용화에 달려 있습니다. 초기 대규모 설비 투자와 연구개발 리스크를 개별 기업이 감당하기 어려운 만큼, 정부 차원의 세제 혜택과 인프라 구축, R&D 실증 지원이 뒷받침되어야 합니다.
과거 반도체와 배터리 산업에서 과감한 선제 투자로 글로벌 경쟁력을 확보했듯이, 탄소 포집 및 청정 수소 분야에서도 핵심 기술을 조기에 선점하는 기업과 국가가 차세대 녹색 경제의 주도권을 쥐게 될 것입니다.
FAQ
CCUS와 CCS의 차이점은 무엇인가요?
CCS는 탄소를 포집해 지하에 영구 '저장(Storage)'하는 기술이며, CCUS는 여기에 포집한 탄소를 플라스틱, 화학 원료, 건축 자재 등으로 '활용(Utilization)'하는 기술까지 포괄한 개념입니다.
공기 중 탄소를 직접 빨아들이는 기술(DAC)이 널리 쓰이지 못하는 이유는 무엇인가요?
대기 중 이산화탄소 농도가 매우 낮아 분자를 분리해 내는 데 필요한 에너지 소모와 포집 비용이 지나치게 높기 때문입니다. 현재로서는 고농도로 배출되는 산업 배기가스를 처리하는 방식이 훨씬 경제적입니다.
그린 수소의 대량 상용화가 지연되는 가장 큰 이유는 무엇인가요?
물을 전기분해하는 수전해 공정에 막대한 전력이 필요하고 재생에너지 발전 단가가 아직 높기 때문입니다. 이에 더해 초고압 압축이나 극저온 액화를 거쳐야 하는 저장·운송 인프라 비용도 큰 걸림돌입니다.