기후위기가 다가옴에 따라 대기 중 이산화탄소 등 탄소 저감 노력이 절실한 상황입니다. 대기 중 이산화탄소 농도를 저감하려면 이산화탄소 배출량을 감소하는 것이 가장 중요한 과제입니다. 이를 위해서는 신재생에너지, 전기자동차, 저탄소 산업 등 이제까지의 시스템을 전면 개편해야합니다. 대기 중 이산화탄소 농도를 저감하는 다른 방법으로는 대기 중에서 이산화탄소를 제거하는 방법을 고려해볼 수 있습니다. 이산화탄소를 제거하려면 식물이나 해양 등에 이산화탄소를 흡수시키는 방법, 그리고 이산화탄소를 인위적으로 포집하여 반영구적으로 저장하거나 제품으로 만들어 이용하는 방법이 있습니다.
우리나라는 2050년까지 탄소중립을 달성하겠다는 목표를 선언하여 탄소중립의 세계적인 협의에 동참하고 있으나 국토면적이 좁고, 산지가 많으며, 인구밀도가 높으며, 기존 산업의 특성에 따라 신재생에너지 개발, 탄소 배출량 감소 등에 많은 어려움이 있습니다. 따라서 배출량 감소와 아울러 이산화탄소를 제거하는 기술과 같은 과학기술을 통한 탄소중립기술을 개발할 필요성이 있습니다
CCUS는 Carbon Capture Utilization and storage (탄소 포집·활용·저장)기술의 약자입니다. 즉 대기로 배출되어 기후변화를 유발하는 이산화탄소를 다시 포집하여 저장하거나 활용하여 대기 중의 이산화탄소 농도를 떨어뜨리는 기술입니다. 2050 탄소중립의 목표달성을 위해 제시되는 중요한 기술로 우리나라는 '2050 탄소중립 시나리오'를 통하여 탄소중립 달성 방법의 하나로 CCUS 기술을 제시하고 있습니다.(아래 링크 참조)
정책자료 2050 탄소중립 시나리오 (요약본, 전체본_2차 전체회의 심의 의결) < 자료실 < 법령·정책 | 2050 탄소중립녹색성장위원회 (2050cnc.go.kr)
CCUS기술은 CCS와 CCU의 두가지 기술로 분류될 수 있습니다.
- CCS 기술 : 이산화탄소를 포집하여 지중에 반영구적으로 저장하는 기술
- CCU기술 : 포집된 이산화탄소를 화학적, 생물학적인 과정을 통해 유용한 자원으로 변환하는 기술
CCUS의 핵심기술은 포집, 저장, 전환 기술로 요약할 수 있습니다.
1. 이산화탄소 포집기술
포집은 여러가지 물질이 혼합된 배출가스에서 이산화탄소만을 선택적으로 포집하는 기술입니다. 이산화탄소의 포집은 농축된 이산화탄소를 제공함으로써 이후의 수송, 저장, 이용단계를 쉽게 하기 위해서 필요합니다. 포집은 비용 측면에서 화력발전소, 철강산업, 시멘트 제조업, 천연가스 정제업 등 대규모의 집중화된 배출원에서 적용이 용이합니다.
배출원에서의 이산화탄소의 포집기술은 이산화탄소 포집 기술은 연소 전 포집(pre-combustion capture), 연소 후 포집(post-combustion capture) 및 순산소 연소(oxyfuel combustion)와 같은 세 가지 방법으로 흔히 분류됩니다. 일부 산업에서는 공정 중에서 저비용으로 이산화탄소를 포집할 수도 있지만 전 지;구적으로 볼 때 배출가스의 이산화탄소에 비하면 그 양이 미미하므로 온실가스 저감의 목적으로는 큰 기여를 하지 못합니다.
- 연소 전 포집(pre-combustion capture) : 화석연료에 공기(산소), 수증기를 반응시켜 수소와 일산화탄소의 혼합물인 합성가스(syngas)를 생성하고, 여기에 촉매반응으로 수증기를 첨가하는 수성가스 반응공정(Water-Gas Shift reaction, WGS)을 적용하여 더 많은 양의 수소와 이산화탄소를 생산합니다. 이때 생산된 이산화탄소는 포집을 하고 수소는 연소에 쓰이게 됩니다.
- 연소 후 포집(post-combustion capture) : 화석연료의 배출가스에서 이산화탄소를 포집하는 기술로 가장 적용이 쉬운 시술입니다.
- 순산소 연소(oxyfuel combustion) : 공기 대신 산소를 이용해 연료를 연소시킨 후 배기가스 중의 이산화탄소 농도를 높혀 포집하는 기술
혼합가스에서 이산화탄소를 분리 포집하는 방법은 다음과 같은 세가지 방법이 주로 이용됩니다.
- 흡착제, 흡수제, 용매를 사용한 분리(Separation with sorbents/solvents) : 이산화탄소에 대한 선택성이 있는 흡수제 등 화학물질을 접촉시켜 이산화탄소만을 분리하고 분리에 사용된 화학물질은 온도 압력 등의 조정을 통해 재사용하는 방법
- 막을 사용한 분리(Separation with membrane) : 이산화탄소에 대한 선택적 투과성을 갖는 분리막을 이용하는 방법으로 다양한 포집공정에 적용할 수 있는 장점이 있으나 막분리를 위해 가압을 하여야 하고 배기가스의 열적, 화학적 조건에 내구성확보 및 막의 분리능 향상에 연구가 필요한 점 등이 연구과제임
- 증류에 의한 분리(Separation by cryogenic distillation) : 배출가스를 압력과 온도를 조작하여 액화한 후 증류하여 이산화탄소를 분리하는 기술
2. 이산화탄소 저장기술
이산화탄소 저장기술은 포집된 이산화탄소를 지중 또는 해양지중 등에 반영구적으로 저장하는 CCS기술을 말합니다. 이산화탄소의 저장장소로는 지중 또는 해양지중에 저장하는 방법이 대표적입니다. 이 때에는 저장된 이산화탄소가 영구적으로 저장되어 누출되지 않는 지질구조를 가지는 곳을 선택할 필요성이 있습니다. 우리나라의 경우에는 국토와 해양면적이 좁고 인구밀도가 높아 사실상 CCS기술을 적용하기에는 한계가 있습니다. 지중 또는 해양지중에 저장하는 방법 외에 해양 심층수에 이산화탄소를 주입하여 해수가 가지고 있는 이산화탄소 저장능력을 활용하는 방법이 있지만 해양생태계의 파괴가 문제가 되기 때문에 고려하지 않는 것이 좋습니다.
이산화탄소 저장은 지하 폐유전, 지하수층, 기타 다공성 지질구조 지층 등에 단순히 저장하여 반영구적으로 격리하는 방법도 있지만 석유회수증진(EOR:Enhanced Oil Recovery)과 같은 방법으로 이산화탄소 저장과 동시에 저장에 의한 압력 증가를 이용하여 원유를 좀 더 많이 채굴하는 방법도 시행되고 있습니다. 하지만 이러한 방법은 온실가스 배출로 이어질 수 있는 화석연료를 추가적으로 생산한다는 점에서 기후변화에 대응할 기술이라고 보기 어렵다는 의견이 있습니다. 즉 온실가스를 줄이기 위해서는 재생에너지 등 에너지 구조의 근본적 변화가 필요한데, 석유회수증진 등의 방법은 이러한 변화를 지연시키는 효과, 결과적으로 기후변화를 앞당기는 요인이라는 뜻입니다. 미국 에너지경제재무분석연구소(IEEFA)의 ‘The Carbon Capture Crux : Lessons Learned를 참고하시기 바랍니다. (아래에 첨부)
한편 이산화탄소를 지중에 저장하는 기술은 이외에도 많은 위험성도 있습니다. 몇가지를 언급해보면 아래와 같습니다.
- 이산화탄소 스트림(CO2 Stream)의 위해성 불순물 : 이산화탄소 스트림(CO2 Stream)이란 배출시설에서 포집된 이산화탄소를 가압하여 생성된 기체와 액체의 특성을 모두 갖춘 유체를 말하는데, 포집과정에서 첨가된 물질, 배출가스에 존재하는 물질 등 미량의 물질들이 포함될 수 있고 이들이 수송 및 저장되는 과정에서 누출 등의 사고로 부식성 및 독성을 유발할 수 있음
- 저장장소에서의 이산화탄소의 영향 : 토양산성화 및 지하 미생물군집에 영향을 주어 전반적인 생태계 변화 유발
- 이산화탄소 주입에 따른 지진 발생가능성
- 지하수 오염 및 지하수 산성화로 인한 중금속 등 독성물질 유입
3. 이산화탄소 전환기술
CCU기술로 불리는 이산화탄소 전환기술은 CCS 기술처럼 적당한 지층과 같은 대규모의 저장공간이 필요하지 않고 새로운 유용한 물질을 생산해냄으로써 경제적으로도 유리한 장점이 발생할 수 있으나, 아직은 기술의 초기단계로 기술적, 경제적 한계를 많이 가지고 있는 상태입니다.
이산화탄소 전환은 화학적 전환, 생물학적 전환, 광물탄산화의 세가지 기술이 연구되고 있습니다.
- 화학적 전환 : 포집된 CO2를 화학적으로 전환시켜 연료나 메탄올, 폴리우레탄, 기타 탄화수소류 등 여러가지 화학제품 등 다양한 형태의 탄소화합물로 전환하는 기술인데 석유화학제품 대비 가격 경쟁력 확보가 어려운점이 있음
- 생물학적 전환 : 이산화탄소를 광합성 작용을 하는 미세조류에 고정하여 바이오매스를 생산하고, 이를 수확하여 건조하여 연료나 기타 여러가지 제품 등으로 제조하는 기술로 역시 생산단가의 문제를 해결할 필요성이 있음
- 광물탄산화 : CO2를 탄산염 형태의 시멘트, 탄산칼슘 등의 광물로 전환하여 건설소재 등으로 활용하는 방법
CCUS 기술은 아직은 여러모로 미완인 경우가 많고, 여러가지 경제적 이해관계가 맞물려있으며 또 이러한 기술을 틈타 기후위기를 방관하려는 세력도 무시 못하게 많은 것 같습니다. 좀 더 많은 정보를 얻으시려면 제가 참고한 아래 IPCC에서 발간한 도서를 참고하십시오. 무료로 다운 가능합니다.
https://www.ipcc.ch/report/carbon-dioxide-capture-and-storage/
'대기환경' 카테고리의 다른 글
| 미세먼지(PM-10, PM-2.5) 측정법 (0) | 2023.05.11 |
|---|---|
| 초미세먼지(PM2.5) 등 미세입자 오염 - 탄소중립, 배출가스 저감이 필요한 또 다른 이유 (0) | 2023.05.09 |
| 탄소 순환(Carbon Cycle) (0) | 2023.03.27 |
| 온난화로 해수면이 상승하는 이유 (0) | 2023.03.03 |
| 탄소중립 - 1.5 ℃, 우리가 지켜야 할 온도, 그리고 우리의 삶 (0) | 2023.02.01 |
댓글