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[탄소중립 연속기고] 이산화탄소 어떻게 처리해야 할까

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조회313회 작성일 22-07-18 14:15

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지구 온난화로 대표되는 기후 위기를 극복하기 위해 전세계가 고심에 고심을 거듭하고 있다. 이를 해결하기 위한 방법론으로 많은 나라들이 이른바 탄소중립 추진 전략을 앞다퉈 발표하고 있다. 한국 정부 역시 2020년 12월 ‘2050 탄소중립 추진전략’을 발표하고 에너지 전환과 산업 저탄소화, 에너지 효율 등 이른바 10대 핵심기술에 대한 구체적 추진방향을 제시했다. 핵심 요지는 2050년까지 인간의 인위적 활동으로 배출되는 이산화탄소(CO²)를 포함한 온실가스 배출량을 순배출량 제로로 하고 2100년까지 지구 평균 온도 상승폭을 산업혁명 대비 1.5도 미만으로 제한하겠다는 것이다.


지구 온난화가 세간의 관심을 받기 시작하면서부터 많은 용어들이 등장했다. 불과 얼마 전만 해도 저탄소, 탈탄소란 말을 많이 썼고 최근에는 탄소중립에서 더 나아가 탄소 네거티브란 말까지 쓰고 있다. 이런 용어는 마치 탄소라는 자연계에 존재하며 활용 가능성이 무궁무진한 물질이 마치 무조건적인 제거 대상이며 더는 사용할 필요조차 없다고 느끼게 한다는 점에서 고민을 던진다. 사실 탄소중립에서 지칭하는 ‘탄소’는 이산화탄소(탄소 원자가 두개의 산소 원자와 결합한 화합물)를 지칭한다고 보는 것이 타당하다. 여기에 더해 온실효과를 유발하는 것으로 알려진 메탄과 아산화질소 같은 비이산화탄소계열의  온실가스를 포함한다. 원래는 탄소 원소의 지구 내 총량은 일정하며 따라서 본래 중립적이다. 최근 획기적 신소재로 각광받는 그래핀 역시 탄소 덩어리이다.

 

값싼 화석연료의 값비싼 환경영수증

 

 애플은 자사의 로고가 들어가는 제품은 원료부터 탄소 배출량을 ′제로′로 만들겠다고 선언했다. 애플 제공
애플은 자사의 로고가 들어가는 제품은 원료부터 탄소 배출량을 '제로'로 만들겠다고 선언했다. 애플 제공
누구나 짐작하겠지만 전 세계가 탄소중립 사회 구현을 위해 머리를 맞대고 씨름하는 것은 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료의 사용에 대한 작별을 고할 시점이 점점 다가오고 있기 때문이다. 산업혁명 이후 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료는 물질적 풍요로움과 값싼 에너지라는 두 가지 측면에서 인류에게 큰 혜택을 제공했다. 옷과 비료뿐 아니라, 우리의 모든 의식주, 그 공간을 가득 채우고도 넘치는 것이 화석연료로부터 유래된 소재(재료)들이다. 또 지금까지 화석연료의 형태로 수 억년 동안 켜켜이 저장된 에너지를 연소라는 찰나의 화학반응을 통해 너무도 쉽게 얻어왔다. 특히, 에너지원으로서 화석연료 사용(연소)을 통해 목적하는 바는 값싼 (열)에너지이지만, 여기에는 언제나 결과물인 이산화탄소를 만들어낸다.

 

여기서 주목할 점은 에너지 보존 법칙에 따라 생성물인 이산화탄소는 매우 낮은 에너지 수준을 가진다는 점이다. 이는 달리 표현하면, 매우 안정한, 또는 반응성이 매우 낮은 물질이라는 점이다. 본래 지구라는 거대 시스템은 고유의 탄소 순환계을 가지고 있다. 이산화탄소 역시 탄소 순환계를 구성하는 요소로 대기 중에 방출된 이산화탄소는 해양, 식물, 광물 등 각종 온실가스 흡수원으로 일정량 흡수되어 적정 수준의 대기 중 이산화탄소 농도를 유지할 수 있었다. 하지만, 현재의 기후 위기는 이러한 탄소 순환계의 균형이 깨진 것에서 비롯된다.

 

당분간 지속될 화석연료와의 불편한 동거


그렇다면 현재의 기후 위기 문제를 타개하기 위해 무엇을 해야 하는가? 문제를 매우 간단하게 보면, 누군가는 이렇게 생각할 수도 있을 것이다. ‘당장 석탄, 석유, 천연가스의 사용을 중단하고 태양광(열), 풍력, 지열 등 재생에너지로 대체하면 문제를 해결할 수 있지 않을까?’ 현실은 그리 녹록지 않다. 물론 화석연료 에너지 기반 사회에서 지속가능 에너지 기반 사회로의 전환을 강력한 의지를 가지고 그리고 빠른 시일 내 추진하는 것은 반드시 필요하다. 이에 따른 새로운 형태의 에너지 인프라 구축은 한국을 비롯한 각국 정부의 몫이다.

 

하지만, 현재의 기후 위기 상황에 비춰볼 때 각국의 '탈(脫) 화석에너지화' 목표는 다소 느긋해 보인다. 친환경 에너지 전환의 선도국이라 할 수 있는 독일조차 2038년이 되어서야 석탄 화력발전소의 가동을 중지하겠다는 목표를 제시한 바 있다. 한국은 정작 2050년이 되어서야 석탄 발전을 전면 폐기하겠다고 밝혔다. 안타깝게도 석탄뿐 아니라 천연가스 발전을 포함한 화력발전을 당장 중단한다고 곧바로 온실가스의 순배출량 제로를 담보하는 것은 불가능하기 때문이다.  이산화탄소를 포함한 온실가스의 주요 배출원이 화력발전뿐 아니라, 산업부문(철강·시멘트·정유 등), 농축산 부문, 수송부문(내연기관 기반) 등을 포함한다는 사실을 간과해서는 안된다.

 

이산화탄소 처리 기술의 중요성

 

앞으로도 상당기간 동안은 화석에너지와의 불편한 동거가 지속될 것은 기정사실이다. 이러한 상황에서 그 중요성이 더욱 강조되는 기술이 바로 이산화탄소 포집 활용저장(CCUS)기술이다. CCUS는 이산화탄소가 집중적으로 배출되는 화력발전, 철강, 시멘트, 정유 공장에서 이산화탄소를 포집한 뒤 이를 고부가 가치의 화학물질 중간체나 연료로 바꿔 활용하거나 대기 중으로 누출되지 않도록 저장하는 일련의 연속 공정을 뜻하는 개념이다. 사실 CCUS 기술의 중요성을 학계가 인식한지는 상당히 오래 됐다. 하지만, 아직까지 전세계적으로 경제성을 담보한 상용화 설비는 손에 꼽힐 정도다. 이는 포집·활용·저장 분야의 단위 기술이 저효율에 기반하기 때문이다. 

이산화탄소 포집의 경우, 일종의 에너지 집중적인 분리 공정인데 최종적으로 이산화탄소의 농축과정이 필요하며 이 때 상당한 에너지가 투입된다. 탄소 저장의 경우, 지중 저장에 적합한 장소 확보가 전제되어야 한다. 또 한번 주입된 온실가스가 다시 대기중으로 재방출 되지 않도록 하는 감시검증확인(MVA) 등이 반드시 필요하다. 탄소 활용 역시 본래 반응성이 낮은 이산화탄소를 고부가물질(화학물질 중간체, 연료)로 전환하기 위해 그에 상응하는 가치(에너지)를 더해 주어야 하는 것은 당연한 이야기다.

 

여기에 더해 이산화탄소를 연료로 전환하는 과정에서 생성된 연료(탄소 기반)가 다시 사용되면 온실가스인 이산화탄소를 배출한다는 점에서 더 신중한 접근이 필요하다. 무엇보다 이들 포집·저장·활용 단위 기술 간에 포집 후 저장(CCS), 또는 포집 후 활용(CCU) 등 연계 전략 부재가 기술 보급을 지연하는 요인으로 작용하고 있다.


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