이산화탄소 땅속에 가두고 신소재 개발도

‘2050년 탄소중립국’ 선언… 핵심기술 어디까지 왔나

충남 예산군 공주대 예산캠퍼스에 있는 ‘탄소포집저장활용(CCUS)’ 모사실증 테스트베드 현장. 사진 뒤쪽으로 이산화탄소를 저장하는 탱크와 해상으로 수송하기 위한 압력관을 모사한 테스트 설비 등이 갖춰져 있다. 한국지질자원연구원 제공

정부가 2050년까지 이산화탄소의 실질적 배출량을 ‘0’로 하는 ‘탄소중립’을 구현할 방안을 담은 ‘2050 탄소중립 추진전략’을 이달 7일 발표했다. 저탄소 산업 생태계를 조성하고 에너지 전환을 가속화해 기후변화 문제를 해결하고 탄소중립이라는 글로벌 패러다임에 적극 동참하겠다는 의지를 담았다.

탄소중립을 실현하려면 탄소 배출량을 줄이는 게 핵심이다. 국내에서 이산화탄소 배출량이 가장 많은 석탄 화력발전소 비중을 지속적으로 낮추면서 에너지 구조를 전환하는 정책이 필요하다. 대기에 배출되는 이산화탄소를 포집하고 바다 밑 지층에 저장하는 ‘이산화탄소 포집저장(CCS)’ 기술과 이산화탄소를 다른 유용한 물질로 바꾸는 ‘포집활용(CCU)’ 기술은 탄소중립으로 가는 길목의 필수 기술로 꼽힌다. 국내에서는 한발 더 나아가 두 기술을 결합한 ‘이산화탄소 포집저장활용(CCUS)’ 기술 확보에 집중하고 있다.

CCUS는 발전소나 제조업 공장 등 배출원에서 나오는 이산화탄소를 포집하고, 포집한 이산화탄소를 지층에 저장하거나 신소재 개발 등에 활용하는 개념이다. 7월 LG화학은 국내 화학업계에서 처음으로 탄소 배출량 감축을 위한 공정설비 효율화, CCUS 기술개발 도입 등을 선언했다.

한국지질자원연구원 연구진은 2012년부터 CCS 실증연구 부지를 선정하는 조사를 수행하면서 가장 적합한 여건을 지닌 실증 부지로 경북 포항시 장기면을 선정했다. 하지만 2017년 11월 발생한 규모 5.4의 포항지진 여파로 CCS 실증연구가 잠정 중단됐다가 올해 들어 다부처 공동사업으로 재개됐다. 신영재 지질연 이산화탄소지중저장연구단장은 “연구를 재개했지만 여전히 주민들의 수용성을 해결하기는 쉽지 않아 최근 충남 공주대 예산캠퍼스에 이산화탄소 저장 실증 테스트베드를 구축해 연구를 진행하고 있다”고 말했다.

석탄 화력발전소나 철강, 시멘트 제조업에서 발생하는 이산화탄소 배출을 줄이기 위해선 우선 포집하는 기술이 필요하다. 배출원에 분리막 기술을 적용해 이산화탄소를 걸러 내거나 이산화탄소 흡수 소재를 활용해 포집할 수 있다. 신 단장은 “포집의 핵심은 이산화탄소가 공기 중으로 나가기 전에 잡아내는 것”이라며 “국내 기술 역량은 실험실 규모에서 세계적인 수준에 올라와 있지만 대규모 발전소나 제조공장에서 테스트해 본 경험이 많지 않아 실증 데이터를 확보하는 기술 개발이 필요하다”고 설명했다.

이산화탄소를 포집한 뒤에는 바다 밑 땅 속에 저장하기 위한 주입 기술이 필요하다. 압력을 가해 해상 지층 속 빈 공간인 ‘공극’에 밀어 넣어야 한다. 이를 위해서는 공극에 주입한 이산화탄소가 짧게는 수십 년에서 길게는 수백 년 동안 안전하게 저장된다는 사실을 입증해야 한다. 해저 지층의 상층부에서 이산화탄소가 새지 않을 부지를 선정하기 위한 지층 탐사 연구가 필요한 이유다. 신 단장은 “이산화탄소 지층 주입 기술은 해저 석유 시추로 확보한 기술력을 활용할 수 있다”며 “지층의 작은 공극에 이산화탄소가 스며들게 하는 압력을 어떻게 가해야 할지 실험을 통해 축적하고 지질 구조 안전성에 문제가 없는지 확인하는 연구를 진행 중”이라고 했다.

이산화탄소를 새로운 고부가가치 소재로 개발하는 CCU 기술도 속속 나오고 있다. 고동연 KAIST 생명화학공학과 연구팀은 지난달 이산화탄소를 포집해 탄산칼슘 등 고체 탄산염으로 전환하는 기술을 발표했다. 고체 탄산염은 건설 토목 소재나 제지 산업, 정밀 화학 분야에서 활용된다. 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 연구팀은 이산화탄소를 각종 화학제품의 소재로 사용되는 에틸렌으로 바꾸는 기술을 개발했다. 고 교수는 “이산화탄소 배출량이 많은 발전소나 제철소·시멘트 제조업체 등 산업계의 배출량을 줄이고 자원 재순환으로 경쟁력을 높이는 기술 개발이 활발하게 이뤄지고 있다”고 말했다.

김민수 동아사이언스 기자 reborn@donga.com