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녹색기술에 대한 세계적 관심이 날로 높아져가고 있는 가운데, 우리나라는 녹색기술을 이끌어나가는 선진국반열에 올라있다. 하지만 아직 녹색기술 분야 중 사후처리 기술에선 타 선진국들에 비해 다소 뒤처지는 면을 보이고 있다. 이에 작년 11월 22일에 지식경제부는 이 분야의 연구와 기술발전을 위한 ‘한국이산화탄소포집및저장협회(KCCSA)’를 출범시키며 앞으로의 행보에 많은 기대를 집중시키고 있다.
이산화탄소 포집·저장(CCS: Carbon Capture and Storage)기술은 사후처리 분야의 대표적 기술로써 온실가스의 주범인 이산화탄소를 그대로 배출시키지 않고 저장해 온난화를 일으키지 않는 방법으로 배출하거나 다시금 이용하는 기술이다. 이미 여러 녹색기술 선진국에서는 이 CCS플랜트를 건설해 운영 중에 있으며 우리나라도 협회의 출범과 함께 2020년까지 CCS플랜트를 상용화 하겠다는 계획을 발표했다.
계속되는 CO2 증가, 포집·저장·처리 기술이 중요
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기상청에 따르면 지난 십 수 년간 우리나라의 이산화탄소 농도는 점차 증가하고 있다. 또한 우리나라의 평균기온은 세계평균기온보다 높고 기온 상승률도 더 높은 것으로 나타났다.
지난 100년간 전 지구의 평균기온이 0.74℃상승한 것에 비해 우리나라는 1.5℃나 상승했으며 이대로라면 향후 100년 안에 2~2.5℃정도 온도가 상승할 것으로 예상된다. 지구 평균기온이 2℃상승하면 동식물의 40~50%가 멸종할 수 있다.
세계적으로도 우리나라의 이상화탄소 배출량은 높은 편이다. 지난 2009년 국제에너지기구(IEA)가 발표한 보고서에 따르면 우리나라의 이산화탄소 배출량은 전 세계 9위, OECD국가 중 6위를 기록했다.
우리나라의 경제와 기술이 발전함에 따라 삶의 수준도 향상되면서 에너지 소비량이 증가하고 이로 인해 이산화탄소배출량이 늘어나는 것은 자연스러운 일이다. 물론 앞으로도 우리 삶의 질은 더욱 향상돼 갈 것이며 그로 인한 이산화탄소 배출 자체를 감소시키는 것은 불가능한 일일지도 모른다. 이 때문에 CCS기술은 그만큼 현재 우리에게 필요하며 중요시되는 기술이다. 그리고 이 기술의 효과는 실로 뛰어나다.
그에 대한 한 예로 미국 웨스트버지니아에 있는 전력생산 공장에는 CCS기술이 적용돼 사용되고 있는데 이것으로 공장에서 방출되는 이산화탄소의 90%를 포획할 수 있다. 이산화탄소가 에너지를 생산하기 위한 연소과정에서 대부분 발생하는 것을 생각하면 전력생산 공장에 적용된 이와 같은 기술은 전체적인 이산화탄소 배출량도 대폭 감소시킬 수 있는 것으로 미래 에너지 기술에 필수요소가 될 것으로 보인다.
연료의 찌꺼기인 CO2를 다시 연료로
CCS기술은 말 그대로 해석하면 이산화탄소를 포집하고 저장하는 기술이지만 그 외에 처리 기술도 포함된다. 현재 국내에서 계획 중인 저장기술 개발 목표는 2030년 까지 300억 t의 이산화탄소 저장소를 확보하는 것이다. 이 어마어마한 양의 이산화탄소를 포집하고 저장한 후 여러 가지 방법으로 사용하거나 변환시키는 것이 바로 처리기술이다.
우리나라는 이 처리기술에 대해 2012년 까지 핵심전환기술을 확보하고 기술개발을 추진해 합성가스나 메탄올 등의 기초 화학제품 및 청정연료를 생산하는 공정을 개발할 계획을 가지고 있다. 특히 미래엔 에너지 연료 고갈이 세계적으로 큰 문제가 될 것으로 사료되기 때문에 이산화탄소를 연료화 하는 기술은 많은 관심을 받고 있다. 이와 관련해 최근 콜롬비아대 및 덴마크 국립 장기지속 발달 가능 에너지 실험실의 연구팀은 한 에너지관련 저널에 게재한 기사를 통해 이산화탄소를 재활용해 연료를 만드는 기술에 대해 소개하면서 그 가능성을 제시했다.
이들이 소개한 기술은 물과 이산화탄소를 이용한 것이다. 연구팀은 이산화탄소와 물의 열분해, 전기분해 등을 분석한 결과, 물과 이산화탄소를 고체산화물전지를 사용해 전기분해 하면 합성가스가 만들어짐을 확인했다. 그리고 이 합성가스로부터 촉매 반응기를 사용해 가솔린, 디젤과 같은 연료를 얻어낼 수 있음을 생각한 것이다.
또한 이로부터 만든 합성연료는 온실가스인 이산화탄소가 연료로 탈바꿈 했다는 것뿐만 아니라 가솔린과 경쟁할 만한 경제성도 갖출 수 있는 것으로 예측돼 더욱 의미가 있다.
이산화탄소 연료화를 위한 연구는 이 말고도 세계각지에서 활발히 진행되고 있다. 지난해엔 세계적인 온실가스 관련 기술개발회사인 카본 사이언스가 합성연료를 생산해내기 위한 촉매 합성으로 특허를 받은 바 있다. 합성연료를 만들기 위해 이산화탄소와 메탄을 안정적으로 합성시켜야 하는데 여기에 사용되는 촉매를 개발한 것. 이것을 이용하면 기존보다 더 낮은 온도와 압력을 사용해 두 기체를 직접적으로 반응 시킬 수 있다.
메탄과 이산화탄소가 해당 촉매를 통해 반응하게 되면 물과 함께 연료를 생산할 수 있는 탄화수소 물질이 나오게 된다. 카본 사이언스는 이 방법을 통해 23조 입방피트의 천연가스와 5억8천6백만 톤의 이산화탄소를 이용, 매년 1380억 갤런의 휘발유를 생산해 낼 수 있다. 이는 미국의 연간 휘발유사용량에 해당하는 양으로 엄청난 경제적 이득을 가져다 줄 수 있을 것으로 예측된다.
플라스틱 같은 실생활용품에 적용하기도
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이산화탄소 처리기술은 연료생산 시 이산화탄소를 재사용할 수 있다는 장점이 있지만 그에 따른 비용이 막대하고 아직은 기술개발단계이기 때문에 비효율적일 수 있다는 단점도 있다.
이에 이산화탄소를 대기 중에 기체상태로 방출시키지 않고 우리가 사용하는 물건에 부착시켜 처리하는 방법도 있다.
예를 들어 주변에서 매우 흔하게 사용되는 플라스틱에 이산화탄소를 적용하는 폴리카보네이트(polycarbonate)라는 제조기술이 있다. 이는 지난 해 미국 노보머(Novomer)사가 미국 정부의 지원을 받아 개발한 기술로 공장 배기가스에서 나오는 이산화탄소와 에폭사이드를 반응시켜 플라스틱을 생산하게 된 것이다. 이로부터 생산된 플라스틱은 충 중량의 40~50%가 이산화탄소로 이뤄져 있다.
또한 이 기술을 응용하면 접착제나 코팅 등에 사용되는 저분자량 고분자를 생산할 수도 있다. 이산화탄소뿐만 아니라 유해가스로도 알려진 일산화탄소에 이 기술을 적용하면 아크릴산과 같은 기초 화학물질을 만들 수 있다.
이와 같은 이산화탄소 처리기술들에는 앞서 효율적인 포집·저장 기술이 이뤄져야 하며 그것을 수행하는 것이 바로 CCS플랜트다. 선진국들이 이런저런 획기적이고 기발한 처리기술을 개발해 내고 있음에 비해 이제야 플랜트 건설 계획단계에 있는 우리나라는 많이 뒤쳐져 있다고 볼 수 있다. 하지만 CCS관련 연구개발과 추진계획이 활발히 진행되고 있기에 늦은 만큼 보다 효율적이고 우수한 결과가 나올 것으로 기대해 볼 수 있다.
또한 국제에너지기구가 2050년 까지 320억 톤의 이산화탄소를 감축할 것을 전 세계에 권고함으로써 세계적으로 CCS시장은 매우 커질 것이며 계획대로 플랜트를 상용화 했을 시 국가적 이익도 막대할 것으로 예상된다. 게다가 CCS 관련 정책들은 일자리 창출에도 큰 효과가 있을 것으로 기대돼 국내 경제에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 보인다.
이산화탄소 포집·저장(CCS: Carbon Capture and Storage)기술은 사후처리 분야의 대표적 기술로써 온실가스의 주범인 이산화탄소를 그대로 배출시키지 않고 저장해 온난화를 일으키지 않는 방법으로 배출하거나 다시금 이용하는 기술이다. 이미 여러 녹색기술 선진국에서는 이 CCS플랜트를 건설해 운영 중에 있으며 우리나라도 협회의 출범과 함께 2020년까지 CCS플랜트를 상용화 하겠다는 계획을 발표했다.
계속되는 CO2 증가, 포집·저장·처리 기술이 중요
기상청에 따르면 지난 십 수 년간 우리나라의 이산화탄소 농도는 점차 증가하고 있다. 또한 우리나라의 평균기온은 세계평균기온보다 높고 기온 상승률도 더 높은 것으로 나타났다. 지난 100년간 전 지구의 평균기온이 0.74℃상승한 것에 비해 우리나라는 1.5℃나 상승했으며 이대로라면 향후 100년 안에 2~2.5℃정도 온도가 상승할 것으로 예상된다. 지구 평균기온이 2℃상승하면 동식물의 40~50%가 멸종할 수 있다.
세계적으로도 우리나라의 이상화탄소 배출량은 높은 편이다. 지난 2009년 국제에너지기구(IEA)가 발표한 보고서에 따르면 우리나라의 이산화탄소 배출량은 전 세계 9위, OECD국가 중 6위를 기록했다.
우리나라의 경제와 기술이 발전함에 따라 삶의 수준도 향상되면서 에너지 소비량이 증가하고 이로 인해 이산화탄소배출량이 늘어나는 것은 자연스러운 일이다. 물론 앞으로도 우리 삶의 질은 더욱 향상돼 갈 것이며 그로 인한 이산화탄소 배출 자체를 감소시키는 것은 불가능한 일일지도 모른다. 이 때문에 CCS기술은 그만큼 현재 우리에게 필요하며 중요시되는 기술이다. 그리고 이 기술의 효과는 실로 뛰어나다.
그에 대한 한 예로 미국 웨스트버지니아에 있는 전력생산 공장에는 CCS기술이 적용돼 사용되고 있는데 이것으로 공장에서 방출되는 이산화탄소의 90%를 포획할 수 있다. 이산화탄소가 에너지를 생산하기 위한 연소과정에서 대부분 발생하는 것을 생각하면 전력생산 공장에 적용된 이와 같은 기술은 전체적인 이산화탄소 배출량도 대폭 감소시킬 수 있는 것으로 미래 에너지 기술에 필수요소가 될 것으로 보인다.
연료의 찌꺼기인 CO2를 다시 연료로
CCS기술은 말 그대로 해석하면 이산화탄소를 포집하고 저장하는 기술이지만 그 외에 처리 기술도 포함된다. 현재 국내에서 계획 중인 저장기술 개발 목표는 2030년 까지 300억 t의 이산화탄소 저장소를 확보하는 것이다. 이 어마어마한 양의 이산화탄소를 포집하고 저장한 후 여러 가지 방법으로 사용하거나 변환시키는 것이 바로 처리기술이다.
우리나라는 이 처리기술에 대해 2012년 까지 핵심전환기술을 확보하고 기술개발을 추진해 합성가스나 메탄올 등의 기초 화학제품 및 청정연료를 생산하는 공정을 개발할 계획을 가지고 있다. 특히 미래엔 에너지 연료 고갈이 세계적으로 큰 문제가 될 것으로 사료되기 때문에 이산화탄소를 연료화 하는 기술은 많은 관심을 받고 있다. 이와 관련해 최근 콜롬비아대 및 덴마크 국립 장기지속 발달 가능 에너지 실험실의 연구팀은 한 에너지관련 저널에 게재한 기사를 통해 이산화탄소를 재활용해 연료를 만드는 기술에 대해 소개하면서 그 가능성을 제시했다.
이들이 소개한 기술은 물과 이산화탄소를 이용한 것이다. 연구팀은 이산화탄소와 물의 열분해, 전기분해 등을 분석한 결과, 물과 이산화탄소를 고체산화물전지를 사용해 전기분해 하면 합성가스가 만들어짐을 확인했다. 그리고 이 합성가스로부터 촉매 반응기를 사용해 가솔린, 디젤과 같은 연료를 얻어낼 수 있음을 생각한 것이다.
또한 이로부터 만든 합성연료는 온실가스인 이산화탄소가 연료로 탈바꿈 했다는 것뿐만 아니라 가솔린과 경쟁할 만한 경제성도 갖출 수 있는 것으로 예측돼 더욱 의미가 있다.
이산화탄소 연료화를 위한 연구는 이 말고도 세계각지에서 활발히 진행되고 있다. 지난해엔 세계적인 온실가스 관련 기술개발회사인 카본 사이언스가 합성연료를 생산해내기 위한 촉매 합성으로 특허를 받은 바 있다. 합성연료를 만들기 위해 이산화탄소와 메탄을 안정적으로 합성시켜야 하는데 여기에 사용되는 촉매를 개발한 것. 이것을 이용하면 기존보다 더 낮은 온도와 압력을 사용해 두 기체를 직접적으로 반응 시킬 수 있다.
메탄과 이산화탄소가 해당 촉매를 통해 반응하게 되면 물과 함께 연료를 생산할 수 있는 탄화수소 물질이 나오게 된다. 카본 사이언스는 이 방법을 통해 23조 입방피트의 천연가스와 5억8천6백만 톤의 이산화탄소를 이용, 매년 1380억 갤런의 휘발유를 생산해 낼 수 있다. 이는 미국의 연간 휘발유사용량에 해당하는 양으로 엄청난 경제적 이득을 가져다 줄 수 있을 것으로 예측된다.
플라스틱 같은 실생활용품에 적용하기도
이산화탄소 처리기술은 연료생산 시 이산화탄소를 재사용할 수 있다는 장점이 있지만 그에 따른 비용이 막대하고 아직은 기술개발단계이기 때문에 비효율적일 수 있다는 단점도 있다. 이에 이산화탄소를 대기 중에 기체상태로 방출시키지 않고 우리가 사용하는 물건에 부착시켜 처리하는 방법도 있다.
예를 들어 주변에서 매우 흔하게 사용되는 플라스틱에 이산화탄소를 적용하는 폴리카보네이트(polycarbonate)라는 제조기술이 있다. 이는 지난 해 미국 노보머(Novomer)사가 미국 정부의 지원을 받아 개발한 기술로 공장 배기가스에서 나오는 이산화탄소와 에폭사이드를 반응시켜 플라스틱을 생산하게 된 것이다. 이로부터 생산된 플라스틱은 충 중량의 40~50%가 이산화탄소로 이뤄져 있다.
또한 이 기술을 응용하면 접착제나 코팅 등에 사용되는 저분자량 고분자를 생산할 수도 있다. 이산화탄소뿐만 아니라 유해가스로도 알려진 일산화탄소에 이 기술을 적용하면 아크릴산과 같은 기초 화학물질을 만들 수 있다.
이와 같은 이산화탄소 처리기술들에는 앞서 효율적인 포집·저장 기술이 이뤄져야 하며 그것을 수행하는 것이 바로 CCS플랜트다. 선진국들이 이런저런 획기적이고 기발한 처리기술을 개발해 내고 있음에 비해 이제야 플랜트 건설 계획단계에 있는 우리나라는 많이 뒤쳐져 있다고 볼 수 있다. 하지만 CCS관련 연구개발과 추진계획이 활발히 진행되고 있기에 늦은 만큼 보다 효율적이고 우수한 결과가 나올 것으로 기대해 볼 수 있다.
또한 국제에너지기구가 2050년 까지 320억 톤의 이산화탄소를 감축할 것을 전 세계에 권고함으로써 세계적으로 CCS시장은 매우 커질 것이며 계획대로 플랜트를 상용화 했을 시 국가적 이익도 막대할 것으로 예상된다. 게다가 CCS 관련 정책들은 일자리 창출에도 큰 효과가 있을 것으로 기대돼 국내 경제에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 보인다.
- 조재형 객원기자
- alphard15@nate.com
- 저작권자 2011-01-10 ⓒ ScienceTimes
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