탄소포집·저장 기술(CCUS)은 어떻게 작동하나?｜탄소중립의 숨은 열쇠

 

 

1. 탄소를 잡아라: CCUS란 무엇인가?

탄소중립은 이제 선택이 아닌 ‘생존의 기준’입니다. 특히 산업 공정이나 화석연료 기반의 에너지 생산처럼 쉽게 줄일 수 없는 분야에서 배출되는 **이산화탄소(CO₂)**를 효과적으로 관리하는 방법이 필요합니다. 그 해답 중 하나가 바로 탄소포집·활용·저장 기술, 즉 **CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)**입니다.

 

 

 

이 기술은 대기 중으로 배출되기 전의 이산화탄소를 포집한 뒤, 활용하거나 땅속에 안전하게 저장해 실질적인 탄소배출을 줄이는 방법입니다. CCUS는 2030년 이후 온실가스 감축에서 약 15~20%를 담당할 핵심 기술로 꼽히며, 특히 에너지 다소비 산업국가와 개발도상국의 온실가스 저감 전략에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.

또한 CCUS는 단순한 임시방편이 아니라, 재생에너지 보완책, 탄소중립 이행 수단, 탄소시장 활성화 도구 등 다방면에서 활용될 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

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2. CCUS는 어떻게 작동하나? 3단계 핵심 프로세스

 

1단계: 탄소 포집(Capture)

CO₂ 포집은 일반적으로 ▲연료 연소 전(pre-combustion), ▲연소 후(post-combustion), ▲산소 연소(oxy-fuel combustion) 방식으로 나뉩니다.

• 연소 전 포집: 가스화 과정에서 CO₂를 미리 분리
• 연소 후 포집: 기존 발전소나 공장 배출가스에서 CO₂만 선택적으로 추출
• 산소 연소: 산소만으로 연소해 순수 CO₂만 배출되도록 함

현재 대부분의 상용화 기술은 **연소 후 포집(Post-Combustion)**에 집중되어 있으며, 아민 흡수탑을 이용해 이산화탄소만을 골라내는 방식이 일반적입니다.
포집 효율은 최대 95%까지 가능하며, 신기술은 **직접공기포집(DAC)**으로 대기 중 희박한 CO₂도 제거할 수 있습니다.

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2단계: 탄소 활용(Utilization)

단순 저장뿐 아니라 이산화탄소를 유용한 자원으로 전환하는 기술도 주목받고 있습니다.

활용 사례:

• 탄산음료, 드라이아이스 제조
• 탄산칼슘 제조, 시멘트 강도 증대
• 친환경 합성연료(e-fuel) 생산
• CO₂에서 화학소재 합성 (메탄올, 폴리머 등)

특히 CO₂를 수소와 반응시켜 연료나 화학제품으로 전환하는 탄소순환 경제(Carbon Circular Economy) 기술은 화석연료 사용을 줄이는 동시에 탄소를 자원화한다는 점에서 이상적인 모델로 평가됩니다.

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3단계: 탄소 저장(Storage)

활용되지 못한 CO₂는 지하 깊은 곳에 영구 저장됩니다. 이 과정은 지질저장이라고 하며, 대표적인 저장 지형은 다음과 같습니다.

• 깊은 염수층: 미사용 지하수층, 800m 이상 깊이에서 고압으로 저장
• 폐유전/가스전: 이미 사용한 석유·가스 공간 활용
• 탄층(CBM): 석탄층에 CO₂를 저장하고 메탄가스를 회수

저장된 CO₂는 시간이 지나며 주변 지질 구조와 반응하여 고체 형태로 안정화됩니다.
지질학적 안정성은 수백만 년 이상이며, 감시 시스템(GIS 기반 모니터링)을 통해 누출 여부도 실시간 확인할 수 있습니다.

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3. 왜 CCUS가 필요한가? 다른 해결책으로 충분하지 않은가?

많은 이들이 이렇게 묻습니다. “태양광이나 풍력, 전기차만으로 충분하지 않나?”
물론 재생에너지 전환은 필수입니다. 하지만 단기간 내에 전 세계 에너지 수요를 100% 재생에너지로 대체하는 것은 현실적으로 어렵습니다.

 

특히 다음과 같은 분야는 재생에너지만으로는 탄소중립이 어려운 산업군입니다:

• 시멘트 제조: 원재료에서 발생하는 비연소성 탄소
• 철강 산업: 석탄 기반 환원 반응이 기본
• 화학 공정: CO₂를 부산물로 배출
• 항공·선박 운송: 대체 에너지 전환이 느린 분야

이처럼 "줄일 수 없는 탄소"는 **잡아서 가두는 방식(CCUS)**으로 대응해야 합니다. IEA에 따르면 CCUS가 없다면 탄소중립 비용은 두 배 이상 상승할 것으로 분석됩니다.

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4. 실제 적용 사례와 현재 기술 수준은?

전 세계적으로 CCUS 기술은 빠르게 상용화되고 있습니다.

 

 대표 사례

• 노르웨이 Sleipner 프로젝트: 1996년부터 연간 100만 톤 이상의 CO₂ 저장
• 캐나다 Quest 프로젝트: Shell이 운영, 2023년까지 800만 톤 이상 저장
• 미국 Petra Nova 발전소: 석탄발전소에서 CCUS로 90% 포집 실현
• 한국: 포스코, 현대제철 등 시범 운영 중 / 울산 CO₂ 저장 실증 진행

기술 트렌드

• DAC(Direct Air Capture): 공기 중에서 직접 포집
• BECCS(Bio-Energy with CCS): 바이오에너지 + CCUS 결합
• 탄소 광물화(Carbon Mineralization): CO₂를 고체 광물로 전환하여 영구 저장

한국은 2030년까지 연간 1000만 톤 이상의 CO₂를 포집하겠다는 목표를 가지고 있으며, 탄소광물화와 이산화탄소 기반 화학소재 개발도 함께 병행되고 있습니다.

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5. CCUS의 한계와 앞으로의 과제

CCUS는 기후위기 대응의 ‘구세주’로 불리지만, 해결해야 할 과제도 분명합니다.

 

주요 과제

• 비용 문제: 이산화탄소 1톤 포집다 평균 40~100달러 소요
• 저 장지 입지 반대: 지역 주민 반발, ‘님비현상’
• 법·제도 미비: 장기 모니터링, 안전성 기준 부족
• 인프라 부족: 이송 파이프라인, 저장소 구축 난항

이를 극복하기 위해 각국은 세금 감면, 보조금 지원, 연구개발 투자 확대에 나서고 있으며, 기업도 ESG 전략의 일환으로 CCUS를 도입하는 사례가 늘고 있습니다.

향후에는 CCUS 기술이 더 발전하여, 탄소 포집 → 전환 → 재사용이라는 순환 구조가 가능해지고, 탄소경제의 새로운 시장이 열릴 것으로 기대됩니다.

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요약정리

• CCUS는 이산화탄소를 포집하고 활용 또는 저장하는 기술로, 탄소중립 실현에 필수적인 역할을 합니다.
• 주로 산업 현장에서 적용되며, 포집-활용-지질저장의 3단계로 작동합니다.
• 시멘트, 철강, 석유화학 등 감축이 어려운 분야에서 매우 효과적입니다.
• DAC, BECCS 등 차세대 기술도 개발 중이며, 이미 여러 국가에서 상용화 실증 중입니다.
• 비용, 법제도, 사회적 수용성 문제는 향후 해결해야 할 과제입니다.

👉 CCUS는 단독 해답이 아닌, 탄소중립 퍼즐의 핵심 조각입니다. 지금 이 기술에 투자하는 것이, 우리 모두의 미래를 위한 준비입니다.

 

 

 

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