9월 27일 KR 본부 사옥, CCUS CO2 포집·저장기술 확대 방안 논의
“우리나라 2030년까지 CCUS로 CO2 1,030만톤 감축해야”
“IMO 온실가스 전략에 CCS 미포함, 정부 MEPC에 제안서 제출”

이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS) 기술이 전 세계적 목표인 탄소중립을 달성하기 위한 가장 필수적 기술 중 하나로 평가받고 있다. 류호정 한국에너지기술연구원 박사는 “CCUS는 에너지 공급과 산업에서 이산화탄소(CO2) 감축효과, 기술 성숙도, 비용 측면에서 우수하다”며 “우리나라도 CCUS 기술을 활용하여 2030년까지 CO2를 1,030만톤을 감축해야 한다”고 제언했다. 한편, 외국에 비해 낮은 국내 CCUS 기술 성숙도, CO2 누출 대응방안, CO2 해양 지중저장 방안 등의 과제가 남아있는 것으로 나타났다.
이와 관련 한국선급(KR)이 9월 27일 부산 KR 본부 사옥에서 ‘이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS) 및 운반(+Transportation) 기술 테크&비전 세미나’를 개최했다.

CCUS는 화력발전소나 제철소, 정유공장 등에서 대규모로 발생하는 CO2를 포집해 폐유전이나 폐가스전 또는 해양 퇴적층에 저장하는 기술이다. 포집된 CO2를 저장장소까지 운반하는 대표적인 방법으로 해상운송이 대두되고 있으며, 전 세계 해상운송 시장은 최근 CO2 운반선을 발 빠르게 발주하며 탄소중립 시대에 대비하고 있다.
이번 세미나는 CO2 해상운송 시장 확대를 앞둔 시점에서 국내 학계 및 산업계 관계자 등 총 250여명이 참여하여 국내외 고객들에게 보다 정확한 정보를 전달하기 위해 개최됐다. 본 세미나에서는 △국내 산업계의 이산화탄소 포집 수요와 기술개발 현황 △국내외 이산화탄소 해양 저장 현황 △유전과 가스전을 활용한 이산화탄소 수송 및 저장 △글로벌 이산화탄소 운반선 건조기술 동향 및 국제규제 등 총 5가지 주제에 대한 발표가 진행됐다.

종합토론에서는 연규진 KR 실장이 좌장을 맡아 이상훈 한국해양과학기술원 박사, 안영규 삼성중공업 상무, 손해용 SK해운 상무, 김창욱 KR 전문위원, 권대혁 현대중공업 책임연구원, 천강우 KR 박사, 김진형 KR 수석연구원, 김형석 대우조선해양 상무, 김영선 HMM 부장, 오승재 서스틴베스트 전무 11명이 토론자로 참여하여 CCUS의 최신 정보를 공유하고 향후 발전 방향성에 대해 심도 있는 논의를 이어갔다.
이형철 KR 회장은 “포집된 CO2를 폐유전 등 저장 공간과 인프라가 구축된 해외 저장소까지 선박을 활용하는 수요가 증가하고 있다. CO2운반선의 수요가 늘어나면 2050년에는 현재 LNG 선박 수요 정도의 액화CO2운반선이 늘어날 것”이라며 “국내 주요 에너지 기업, 제조기업, 조선소, 해운선사, 선급, 학계, 연구기관이 합심하여 다가오는 탄소 포집 시장 및 기술 수요에 합리적으로 대응해야 한다”고 말했다.

류호정 “에너지 발전 및 산업 분야에
          탄소 포집 기술 필요, 기술성숙도 올려야”
류호정 한국에너지기술연구원 박사는 “국내 에너지와 발전 및 산업에서 CO2의 발생량 가장 많다”며 “CCUS는 필수로 국내 CCS(탄소 포집·저장·압축 기술)의 기술 성숙도를 올려야 한다”고 강조했다.
환경부의 2020년 국가온실가스인벤토리 보고서에 따르면, 2018년 기준 우리나라 총 CO2 배출량은 73억톤으로 에너지분야 배출량은 약 6억 3,000만톤(87%)로 산출됐다. 에너지 소비량의 경우 2019년 기준으로 산업에서 61.8%를 차지하고 있고 수송 18.6%, 가정·상업 17.3%, 공공 2.3%를 기록했다. 류 박사는 “발전·에너지부문이 온실가스를 가장 많이 배출하고 있고 다음으로 철강, 정유, 석유화학, 시멘트, 반도체, 디스플레이 산업 순이다”며 “결국 산업분야에서 CO2를 포집, 수송 및 저장해야 하는 상황이다”고 설명했다.
CCS를 활용하여 기술적으로 성숙한 산업부문의 CO2처리 비용은 △포집 25~50불 △압축 10불 △이송 7~150불 △주입 11불로 전체적으로 55~200불이 필요하다. 류 본부장은 “CO2 포집 비용을 좌우하는 것은 배기가스이다. 배기가스 농도가 높을수록 온실가스를 쉽게 잡아낼 수 있기 때문에 포집 비용은 감소한다. 수소, 암모니아, 석탄가스화복합발전, 시멘트분야에서 배출하는 CO2농도는 30~40%로 포집 비용이 낮은 반면 천연가스발전은 CO2농도가 4~5%로 포집 비용이 많이 들 수밖에 없다. 포집 비용이 낮은 산업순으로 CCS가 시작될 것”이라고 전망했다.

우리나라는 2050년까지 탄소중립 시나리오를 세워 A안으로 화력발전을 전면 중단하여 온실가스 배출 자체를 최대한 감축하는 방안, B안은 화력발전이 잔존하는 대신 CCUS 기술을 활용하는 방안을 발표했다. 이에 류 박사는 “A안은 연간 5,500만톤, B안은 8,500만톤의 CO2를 포집해야 2050년까지 탄소중립을 이룰 수 있다. 단기적으로 2030년까지 연간 CO2배출량을 CCS로 약 400만톤, CCU(탄소 전환·활용 기술)로 약 630만톤을 감축해야 한다. CCUS는 에너지 공급(전력, 열)과 산업에서 유일한 감축수단으로 인정받고 있다”며 “이 기술이 CO2 감축효과, 기술 성숙도, 비용 측면에서도 효과는 확실하다”고 CCUS가 현재 탄소중립을 위한 유일한 방안이라고 강조했다.

다만 우리나라의 CCS의 기술 성숙도는 다른 나라에 비해 낮다는 지적도 나왔다. 류 박사에 따르면, 미국은 페트로 노바 석탄화력 발전소에서 하루에 4,776톤의 CO2 포집을 진행하고 있으나, 한국은 하루에 200톤의 CO2를 포집하면서 공정 규모의 격차가 큰 실정이다. 특히 미국, 유럽, 호주 등에서 ‘Gorgon 프로젝트’ ‘Longship 프로젝트’ ‘Sleipner 프로젝트’ 등 대규모 CCS 실증 프로젝트가 진행되고 있지만, 한국은 영일만 해상 플랫폼에서 100톤 시험 주입을 수행하는 소규모 실증연구 단계에 머물러 있는 상황이라고 밝혔다. 류 박사는 ‘탄소 포집기술 9단계 기술성숙도(TRL, Technology Readiness Level)’ 표를 제시하며 “해외의 경우 탄소 흡수기술의 경우 9단계로까지 올라와 있는 상태로 상용화 단계에 접어들었다. 다만 CO2 수송선박은 3~4단계 수준으로 상업화 단계는 아니다”며 “우리나라도 전 세계 추세에 따라 탄소 포집기술의 성숙도를 올려 따라잡아야 한다”고 제언했다.

이상훈 “한국 육상보단 ‘CO2 해양 지중저장’으로 가야,
          안전성 평가로 CO2 누출 감시”
이상훈 한국해양과학기술원 박사는 주입 효율성, 안전성, 저장 효율성을 고려한 ‘CO2 해양 지중저장’의 필요성을 강조하고 국내 R&D 현황을 소개했다.
CO2 지중저장은 CO2의 안전성과 물리적 성질을 고려하여 육상 및 해저면에서 최소 800m보다 깊은 지층에 주입·저장하는 기술이다. 우리나라의 경우 저장 규모나 사회적 수용성을 고려하면 육상 지중저장은 불가능하여 해양 지중저장이 선호된다. 이 박사는 “해양 지중저장을 위해서는 포집·수송·주입시설을 구축하고 주입 효율성, 안전성, 저장 효율성을 고려해야 한다. 특히 바다에 CO2를 저장하는 방식으로 CO2 누출에 대비한 대응방안책도 마련해야 한다”고 설명했다. 수송 부문에선 파이프라인과 수송선을 활용하며 대규모 실증 프로젝트에서는 안정적인 주입·저장을 위해 파이프라인을 사용한다.  
CO2 해양 지중저장을 위해서는 먼저 저장용량과 주입성을 평가해야 한다. 평가단계로 △1단계 퇴적분지 규모 △2단계 잠재지층 규모 △3단계 유망구조 규모 △4단계 사업부지 규모로 나뉘며 국내 해역 저장소의 평가 단계는 2단계 수준이다. 이 박사는 “저장용량을 평가하기 위해 ‘탄성파’를 통해 탐사를 진행하고 모든 단면에서 이러한 해저지층의 특성을 파악하게 된다”며 “안전성 평가를 위해선 해양 수층 모니터링, 환경 모니터링 등을 실시하여 CO2 누출을 감시하는 방식으로 이뤄진다”고 설명했다.

우리나라는 CO2 해양 지중저장 R&D를 실시하고 있다. 이 박사에 따르면, 산업부, 과기부, 해수부 ‘CCS 통합 실증 및 CCU 상용화 기발 구축 연구’를 2023년까지 진행하고 있다. 동 연구는 대심도 해양 탐사시추를 통해 대규모 CO2 지중저장소를 확보하고 동해 가스전을 활용하여 중규모 CCS 통합 실증 모델을 설계하는 데 중점을 두고 있다. 아울러 산업부의 ‘CO2 지중저장 안전성 확보 기술 개발’ ‘CO2 저장효율 향상 기술 개발’ ‘고성능 해양 CO2 저장 모니터링 기술 개발’이 진행 중이다. 해수부에서는 CO2 해양 지중저장 중규모 실증을 위해 ‘해양환경 통합 평가·감시 체계 및 기반기술 개발’을 진행 중이라고 밝혔다. 이 박사는 “미국이나 캐나다, 호주 등 국토가 넓은 국가는 육상에서 CO2 포집·저장 실증 프로젝트를 진행할 수 있지만 환경, 안전성, 사회적 수용성, 저장용량 대형화 측면에서 대규모 CO2 해양지중 저장 프로젝트로 전환하고 있다”며 “한국의 경우 국토가 작고 포항 지진 이후 사회적 수용성 문제로 육상에서 지중저장 관련 프로젝트가 불가해지면서 해양에 CO2를 저장할 수 밖에 없는 실정”이라고 설명했다.

김진형 “IMO 온실가스 규제에 선박 CCS 기술 미포함…
           항만과 선박 CCS 인프라 갖춰야”
IMO의 온실가스 저감 전략에 선박 CCS 기술은 포함되어 있지 않는 것으로 나타났다. 김진형 KR 수석연구원은 “선박 CCS에 대한 탱크 투 웨이크(Tank to Wake)와 웰 투 웨이크(Well to Wake) 규제 간의 불일치가 발생하고 있다”고 밝혔다.
클락슨이 전망한 ‘국제해사기구(IMO)의 2050 선박 탈탄소화 시나리오’에 따르면, IMO의 온실가스 저감 전략인 50%보다 더 나아가 완전탈탄소화(100%)를 실현하기 위해서는 현재의 기술로는 불가능하다. 이에 대응하기 위해 CCS 기술이 필수이며 혁신적인 선박 온실가스 감축 기술이 필요한 상황이다. 김 수석연구원은 “전 세계적으로 선박 CCS 프로젝트들이 진행 중이다. 일본은 교통성 지원으로 케이라인과 미쓰비시중공업이 ‘CC 오션 프로젝트’를 통해 ‘아민 흡수법’을 기반으로 해상 실증 테스트를 진행하고 있다”며 “스크러버·엔진 제조사인 바르질라는 스크러버 베이스의 CO2를 포집하는 해상 실증 테스트를 진행 중이다”고 설명했다. EU의 경우 LNG 추진선에 대한 CCS 프로젝트를 진행하고 있다. 특히 덴마크는 CO2를 분리하고 포집한 후 드라이아스로 만들어 해상에 방류하는 ‘디카본아이스(DecarbonICE)’를 수행하고 있다.

한국의 경우 KR과 조선 빅3사가 LNG 추진선만으로는 온실가스 감축 효과가 부족하여 선박 CCS 기술을 개발하고 있다. 다만 CCS 기술이 IMO 온실가스 저감 전략에 포함되지 않아 선박에 CCS를 적용하기 어려운 상황으로 IMO와 협의 중이라고 김 수석연구원은 밝혔다. 김 수석연구원은 “EEDI, EEXI의 계산식에 CCS를 활용하여 선박의 CO2를 포집한 감축량을 대입할 수 없는 문제가 있다. CII에서도 마찬가지이다. 특히 IMO는 탱크 투 웨이크(Tank to Wake) 규제에서 선박 CCS기술을 포함하고 있지 않지만, 웰 투 웨이크(Well to Wake) 규제에는 포함하고 있어 불일치가 발생하고 있다”며 “정부는 MEPC 76차 회의에 탱크 투 웨이크 기준인 EEDI, EEXI, CII 규정에도 선박 CCS의 감축량을 인정해야 한다는 제안서를 제출했다”고 설명했다. 이러한 사안을 인지한 IMO는 MEPC 78차에서 선박 CCS에 대한 논의를 지속하고 회원국과 NGO단체에 의제 문제를 요청했다. 정부는 12월에 열릴 MEPC 79차에 후속으로 의제 문서를 제출할 예정이다.
다만 IMO가 선박 CCS 규정을 통과시켜도 기술적으로 선박에 CCS 저장 탱크를 설치하면 화물을 적재할 수 있는 공간이 부족해지는 현상이 나타난다고 김 수석연구원은 우려하면서 “선박 CCS 시스템을 운용하기 위해서 추가적인 에너지 페널티를 최소화하는 기술 개발도 이뤄져야 한다”며 “포집한 CO2를 해상에 투기하거나 선내에서 처리하는 것이 금지되어 있어 결국 항만에 하역해야 한다. 항만이 선박과 동시에 CCS 인프라를 갖춰야 완벽한 CCS 밸류체인을 구성할 수 있다”고 제언했다.

천 박사 “청정 고순도 CO2 운반선 핵심기술 개발 추진”
천강우 KR 박사는 ‘청정 고순도 CO2 운반선 R&D’를 통해 고순도의 CO2를 운반하기 위한 선박기자재 국산화 전략을 제안했다. 
천 박사가 제안한 R&D 계획서에 따르면, 청정 고순도 CO2 운반선에 대한 핵심기술을 개발하기 위해 먼저 CCS 적용이 확대되면서 포집 CO2의 저장·활용을 위한 대량운송시스템이 필요하다. 화물 탱크와 화물 관리 적하역 및 화물펌프·밸브 등의 기자재와 삼중점과 관련된 연구를 진행할 예정이다. 국비 250억원을 투자하여 선박의 CO2 화물창, 카고 핸들링 시스템(CHS), 적하역에 대한 연구를 진행할 계획이다. CO2의 온도가 모든 운항조건에서 삼중점 이하로 떨어지는 것을 관리하는 영하 20℃, 20bar의 타입 C 화물탱크와 카고 시스템의 기술을 확보해야 한다. 또한 산업적 요구사항에 맞춰 CO2의 순도를 99.99% 이상으로 유지하는 동시에 오염가스와 혼합되지 않도록 하는 적하역 기술을 개발할 예정이다. 이와 함께 감압 시 CO2의 흡열반응에 의한 삼중점 접근을 차단할 수 있는 안전 밸브인 ‘릴리프 밸브(relief valve)’ 등 기자재에 대한 국산화를 추진할 방침이라고 밝혔다. 동 사업은 올해 10월부터 기획연구가 착수됐다.