탄소중립 강국 가려면?…이산화탄소 포집·전환 기술이 관건!

이산화탄소 포집 및 전환 기술(이하 CCSU)이 탄소중립 사회 실현을 위한 핵심 기술로 주목 받고 있다.

정부가 최근 발표한 2050 탄소중립 시나리오에서도 CCSU 기술은 대대적인 연구개발(R&D) 투자를 통해 필수적으로 확보해야할 첨단 기술로 지목했다.

국내 최대 에너지공기업인 한국전력 (24,300원 상승100 -0.4%)공사는 에너지 분야 탄소중립 달성을 위해 수년간 R&D 투자를 통해 세계 최고 수준의 CSSU 기술을 확보했다.

18일 한전에 따르면 국제에너지기구(IEA)는 2040년 이후 전체 감축량의 15%를 CCUS로 감축할 것으로 전망하고 있다. 한국 정부도 지난해 12월 발표한 2050 탄소중립 추진전략을 통해 전력산업은 탈탄소화(Decarbonation)를 위해 CCUS 기술의 조기 도입을 추진하고 있다.

한전은 이러한 국제사회와 정부의 온실가스 저감 기조에 발맞춰 전력산업에서의 이산화탄소 배출 저감을 위한 CCSU 기술 확보에 주력해 왔다. 한전 산하 전력연구원이 확보한 CCSU 기술은 크게 △이산화탄소 포집(CCS) △이산화탄소 전환(CCU) △육불화황(SF6) 정제 등이다.

CCS 기술은 화력 발전, 제철, 시멘트 등의 산업에서 화석연료를 사용해 발생하는 이산화탄소를 대기로 배출하기 전에 이를 분리해 땅속 등에 저장하는 기술이다. 한전은 발전소 온실가스 배출을 줄이기 위해 2000년 초반부터 화력발전소, 제철소, 시멘트산업 등 대규모 설비에 적용 가능한 이산화탄소 포집기술을 개발했다.

현재 한국중부발전 보령화력본부에 국내 최대규모인 10MW(메가와트) 규모의 습식 이산화 탄소 포집 실증플랜트를 설치했다. 이곳에선 연간 약 7만톤(일일 180톤 이상)의 이산화탄소를 포집할 수 있다. 90% 이상의 이산화탄소를 제거하면서도 에너지 소비량은 40% 이상 저감했다. 이 기술은 산업통상자원부로부터 국내 CSS 분야 최초로 첨단기술 지정을 받았다.

이산화탄소를 유용한 물질로 전환해 활용하는 CCU 기술도 확보했다. 한전은 다양한 CCU 기술 가운데 전력·에너지산업의 적합성과 상용화 가능성 등을 고려해 생물학적 전환을 통한 메탄화 기술과 광물탄산화를 통한 중탄산소다 생산기술의 개발에 주력했다.

메탄화 기술은 전력망의 수용성 한계로 인해 발생된 미활용 재생전력을 이용해 생산된 수소를 화력발전소 등에서 배출되 는 이산화탄소와 반응시켜 메탄을 생산하는 기술이다. 이렇게 생산한 메탄가스는 발전연료, 수송연료, 도시가스 등으로 활용할 수 있는 청정연료다.

전력연구원의 확보한 생물학적 메탄화 기술은 기존 대비 메탄화 효율이 1.7배 이상 높다. 2019년 국내 최초로 5kW(키로와트)급 메탄화 테스트베드를 100% 국내개발 기술로 구축했다. 올해안에 하루 1.5톤의 이산화탄소를 메탄으로 전환할 수 있는 국내 최대규모의 그린메탄 생산 시스템도 구축·운영할 계획이다.

광물탄산화 기술의 일종인 배가스(설비, 시설물 등에서 배출되는 가스) 이산화탄소를 활용해 중탄산소다를 생산하는 기술도 확보했다.

중탄산소다는 산업용 탈황제로 사용되는 물질로 가정용 세제, 빵 만들 때 쓰는 베이킹소다 등의 원료물질이다. 전력연구원은 배가스를 별도의 정제공정 없이 직접 활용해 경제성을 높일 수 있는 기술을 개발했고 이를 민간기업에 이전해 사업화를 앞두고 있다.

전력설비에 사용되는 온실가스인 SF6를 정제해 활용하는 기술도 개발해 현장에 적용 중이다. SF6는 절연성능이 높아 가스절연개폐기에 절연가스로 사용되는 물질로, 지구온난화지수가 이산화탄소의 2만3900배에 달하는 강력한 온실가스다. 전력연구원은 성능이 저하돼 폐기해야 할 SF6를 고순도로 정제해 다시 활용할 수 있도록 하는 기술인 심냉식 기반의 정제기술을 개발해 현장에 적용함으로써 연간 40억원 이상의 온실가스 배출권 비용을 절약했다.

한전 관계자는 "향후 150MW급 대규모 이산화탄소 포집 플랜트를 구축해 연간 100만~300만톤의 이산화탄소를 감축할 계획"이라며 "메탄화 기술을 고도화하고 P2G(파워투가스) 기반 실증사업과 함께 산업부산물을 활용한 이산화탄소 광물탄산화 기술 등을 지속 개발하고 육불화황 전주기 처리 기술도 확보할 예정"이라고 말했다