탄소중립(Carbon Neutrality) 실현을 위한 핵심 기술 중 하나로 CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)가 주목받고 있다. CCUS는 산업·발전 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO₂)를 포집한 뒤 이를 저장하거나 활용하는 기술로, 불가피한 탄소배출을 최소화하고 온실가스 농도를 억제하는 데 기여한다.
본 글에서는 CCUS 기술의 구조적 원리와 실질적인 탄소저감 효과를 심층적으로 분석한다.
1. CCUS의 기술 개념과 필요성
CCUS는 크게 세 가지 핵심 요소로 구성된다:
- 탄소 포집(Capture): 배출원에서 CO₂를 선택적으로 분리·회수
- 탄소 활용(Utilization): 회수한 CO₂를 화학·자재·연료 등으로 전환
- 탄소 저장(Storage): 지질 구조 등에 CO₂를 영구적으로 격리
탄소중립 실현 과정에서 모든 탄소배출을 즉각적으로 제거하는 것은 현실적으로 불가능하다. 특히, 철강·시멘트·화학 등 탄소집약적 산업에서는 구조적 특성상 일정량의 CO₂가 배출될 수밖에 없다. CCUS는 이러한 불가피한 탄소배출을 저감하는 보완적 기술로서 필수적이다.
2. 탄소 포집(Capture) 기술의 구조
탄소 포집은 CO₂가 포함된 배출가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 기술이다. 주요 방식은 다음과 같다:
(1) 연소 전 포집(Pre-combustion Capture)
연료를 가스화하거나 개질하여 수소와 CO₂로 분리, CO₂를 제거한 뒤 수소를 연료로 사용
(2) 연소 후 포집(Post-combustion Capture)
화석연료 연소 후 발생하는 배출가스로부터 CO₂를 선택적으로 포집
(3) 산소 연소(Oxy-fuel Combustion)
순수 산소를 사용하여 연소, 배출가스 내 CO₂ 농도를 높여 포집 효율 향상
포집 효율은 기술에 따라 80~95% 수준이며, 흡수제(아민 기반) 사용, 막 분리 기술, 흡착제 기술 등이 적용된다.
3. 탄소 활용(Utilization) 기술의 적용 사례
포집된 CO₂는 다양한 산업 분야에서 자원으로 활용될 수 있다:
- 화학제품 생산: 합성가스, 메탄올, 플라스틱 원료 등으로 전환
- 건설자재 제조: 탄소를 포함한 시멘트·콘크리트 제품 생산
- 인공 광합성: CO₂를 기반으로 인공 연료·화합물 합성
- 식품·음료: 탄산음료 제조 및 식품 보존에 활용
다만, 현재 CO₂ 활용의 대부분은 상업적 규모가 아닌 실증단계에 머물고 있으며, 경제성 확보가 핵심 과제로 지적된다.
4. 탄소 저장(Storage) 기술의 구조와 안정성
활용되지 않는 CO₂는 장기적 격리를 위해 지질 구조에 저장된다. 주요 저장 방식은 다음과 같다:
- 지질 저장: 고갈된 석유·가스전, 깊은 염수층 등에 주입
- 광물 탄산화: 암석·산업 부산물과 반응시켜 고체 탄산염 생성
- 해양 저장: 심해층에 CO₂ 주입 (현재는 환경 우려로 제한적)
지질 저장은 수백만 년 동안 CO₂의 안정적 격리가 가능하다고 평가되며, 밀봉성·지층 특성·지진 위험 등을 종합적으로 고려해야 한다.
5. CCUS의 탄소저감 실질 효과 분석
국제에너지기구(IEA)에 따르면, CCUS는 2050년까지 누적 약 90억 톤의 CO₂ 저감 가능성이 있으며, 특히 탄소집약 산업에서 구조적 감축 대안으로 필수적이다.
다만, 현재 실질 효과에는 한계가 존재한다:
- CCUS 적용 비용이 높음(톤당 50~150달러 수준)
- 포집·이송·저장 전 과정에서 에너지 소모 발생
- 대규모 인프라 구축 지연
- 사회적 수용성·환경 안전성 우려
이로 인해, CCUS의 실질적인 탄소저감 효과는 국가 정책·기술 혁신·경제성 개선 여부에 따라 상이하게 나타난다.
6. 글로벌 CCUS 기술 개발 및 정책 동향
- 미국: 대규모 CCUS 실증단지 운영, 인프라 투자 확대
- 유럽: 노르웨이 '노던라이츠 프로젝트' 등 북해 해상 저장 추진
- 중국: 석탄 기반 산업 CCUS 시범사업 확대
- 대한민국: 동해 심해 저장 실증, 산업단지 CCUS 적용 연구
국제 협력 및 기술 표준화도 CCUS 확산을 위한 핵심 요소로 부각되고 있다.
결론
CCUS는 탄소중립 실현 과정에서 대체 불가능한 보완 기술로 평가되지만, 현재 기술적·경제적 제약으로 인해 실질적인 탄소저감 효과는 제한적이다. 향후 기술 혁신, 비용 절감, 사회적 인식 개선을 통한 CCUS의 실질적 상용화가 탄소중립 목표 달성의 중요한 분기점이 될 것이다.