CO 저감기술 개발… 탄소시장 선점 나선다

한국지질자원연구원

오늘날 지구촌에서는 인구 증가와 산업화에 따라 에너지 수요가 증가하면서 화석연료 사용이 급증해 대기중의 CO 농도도 급증하고 있다.

많은 과학자들은 대기중의 CO 농도 증가가 지구환경에 악영향을 미칠 것으로 보고 있다. 2007년 2월에 발표된 유엔 정부간 기후변화위원회 4차 평가보고서는 CO를 비롯한 온실가스의 증가가 지구의 기온을 상승시키고 홍수, 가뭄, 폭풍 같은 기상재해를 일으키며 극지방의 빙하를 녹여 해수면을 상승시키는 등 심각한 피해를 일으킬 것으로 경고하고 있다.

이런 현상으로 인해 CO를 비롯한 온실가스로 인한 기후변화를 최소화하는 기술은 미래도전 과제로 높은 관심 대상이다. 특히 한국지질자원연구원의 'CO 대용량 저감 처분기술 개발'은 대표적인 미래 도전 과제로 주목받고 있다.
<편집자 주>


▲'CO 대용량 저감 처분기술'이란= 화력발전소, 제철소 등의 대규모 CO 발생원에서 포집한 CO를 지중저장과 광물탄산화기술로 처분하여 궁극적으로 CO를 저감하는 기술이다.

기후변화를 야기하는 온실가스 저감을 위해 국제사회는 1992년 리우협약, 1997년 교토의정서, 2007년 발리로드맵 채택 등을 통해 실행방안을 점차 구체화하고 있는 추세다. 특히 우리나라는 2013년부터 의무감축국으로 진입이 예상되므로 CO저감을 위한 효과적인 연구개발이 절실해지고 있다.

CO 지중저장은 CO를 염대수층, 유전ㆍ가스전, 석탄 등의 지질매체에 초임계 상태로 주입·저장하여 처리하는 기술로 대용량 CO저감이 가능하고 현장적용성이 높아 국제사회에서 가장 효과적인 CO 감축방안으로 주목받고 있다.

광물탄산화 기술은 포집된 CO를 산업부산물이나 자연산 광물과 반응시켜 고체형태의 탄산염(CaCO, MgCO)을 만들어 CO를 저장하는 기술로 사후관리가 필요없고 재활용이 가능하다는 장점을 지니고 있다. 향후 세계 탄소시장 규모(2020년 140조원 정도로 추정)로 볼 때, CO 저감 처분기술의 상용화를 통해 얻을 막대한 경제적 이익이 예상된다.

▲왜 필요한가=기후변화를 야기하는 온실가스 저감을 위해 국제사회는 1992년 리우협약, 1997년 교토의정서, 2007년 발리로드맵 채택 등을 통해 실행방안을 점차 구체화하고 있는 추세다. 우리나라는 오는 2013년부터 의무감축국으로의 진입이 예상되므로 CO 저감을 위한 효과적인 연구개발 필요하다.

국내 온실가스 배출량은 세계 10위 수준일 뿐만 아니라 그 증가속도 또한 OECD 중 최고이다. 이에 따라 대용량 CO저감 처분기술인 CO지중저장 및 광물탄산화 실증기술 개발은 국민적 관심사이자 당면한 사회적 요구사항으로 부상하고 있다. 2

013년 국제기후변화협약 온실가스 감축협상에 대한 전략적 대응전략 및 정부의 국가 온실가스 감축 목표(2020년까지 BAU 대비 30% 수준; 2009. 11. 국무회의)의 성공적 달성을 위해 장기적 온실가스 대응전략 수립이 필요하다.

향후 세계 탄소시장 규모(2020년 140조원 정도로 추정)로 볼 때, CO 저감 처분기술의 상용화를 통해 막대한 경제적 이익 창출이 예상됨에 따라, CO 지중저장 및 광물탄산화 관련기술 경쟁력 제고를 위한 능동적 대처가 시급히 요구된다.

지중저장은 이미 기술적으로 적용가능한 기술로 알려진 만큼 저장소 확보 여부가 주요 관건이다. 동시에 저장 안정성 증진 및 비용절감을 위한 신기술 개발 필요하다.

광물탄산화법은 CO를 광물 결정구조 내에 장기적으로 안전하고 확실하게 고정화 하여 CO를 저감할 수 있다. 또한 광물탄산화 과정에서 생성되는 탄산염광물을 재활용할 수 있는 장점을 지닌 만큼 지중저장과 병행 연구 필요한 시점이다.

▲세계는 CO 대용량 저감 처분 기술에 주목=미국을 비롯한 노르웨이, 일본 등 세계 주요국가에서도 CO 지중저장과 관련된 기술 연구에 심혈을 기울이고 있다.

미국은 NETL 주관 하에 2003년 이후 미국 전역을 5개의 지역으로 나누고, 총 3단계 15년 계획을 진행 중 이다. 노르웨이에서는 천연가스에 수반되는 CO를 분리, 약 1000m 지하의 대염수층에 연간 100만t 규모로 재주입하는 'Sleipner 프로젝트'를 운영하고 있다.

일본은 지구환경산업기술연구기구(RITE) 주관 국가사업으로 나가오카의 1000m 저류층에 주입하는 현장 파일럿 실험 수행했다.

▲지질연, 세계 탄소시장 선점나서=한국지질자원연구원 '해양지중저장 핵심기반 기술개발'은 국토해양연구부 과제를 통해 울릉분지 돌고래 I 및 III 구조에 대한 CO 저장 대상지층 평가를 통해 국내에서 대용량 저장소 존재 가능성을 최초로 제시했다.

이후 한국지질자원연구원은 지식경제부 R&D사업으로 호주 오트웨이 베이슨 파일럿 저장국제공동 프로젝트에 참여, 국제동향 파악 및 선진기술 도입을 수행하고 있다.

또 산업기술연구회 협동연구사업의 일환으로 한국기계연구원과 공동으로 2009년부터 CO 지중주입관정 및 지상시스템 기술 개발을 목표로 초임계 CO 지중주입 시스템 개발 과제를 수행하고 있다.

지난해 6월부터 에너지기술개발사업의 일환으로 국내 육상 및 연안 퇴적분지에 대한 지질특성화 및 지질학적 기본설계 기술개발을 착수했다. 광물탄산화를 통한 CO 저감기술 개발은 지질연에서 국내 유일하게 산업부산물과 자연산 광물을 이용하여 다양한 접근방법을 연구 중이다.

지질연 지구환경연구본부 CO처분연구실의 김정찬 연구팀은 지중저장과 광물탄산화 기술, 두 가지 기술을 함께 개발하고 있다. 지중저장은 지하 수 ㎞에 초임계 상태로 고온 가압한 이산화탄소를 주입하는 방식을 사용한다. 주입된 이산화탄소는 초기에 유전·가스전의 빈 공간에 가스 형태로 머물지만 시간이 지나면 액체로 물성이 변한다.

그리고 수백년 이상이 흐르면 광물질과 결합해 암석 같은 고체로 변해 반영구적으로 저장되는 메커니즘이다. 광물탄산화 기술은 이미 지질연 내에 연간 1000t의 처리능력을 가진 파일럿 설비를 건설, 폐석고를 활용한 이산화탄소 저장기술 개발에 성공했다. 최종 목표는 2015년 100만t급 플랜트의 상용화다.

김 박사는 “광물탄산화는 회수된 탄산염광물의 재활용도 가능하지만 공정비용이 많이 들고 포집된 이산화탄소의 순도가 낮으면 새로운 폐기물 발생의 우려가 있다”며 “이의 해결을 위해 촉매 및 지연제로 비용을 절감하고 탄산염광물의 품질을 높이는 연구에 주력하고 있다”고 말했다.

현재 지질연은 한국석유공사·한국해양연구원과 함께 우리나라 영해의 대륙붕을 탐사해 지중저장 파일럿 플랜트 후보지를 조사하고 있다. 현재 최적지로 거론되는 곳은 동해 울릉분지다. 지질연의 기초조사 결과 이곳 대수층에 10억t 이상의 이산화탄소 저장공간이 확인됐다. 이는 500㎿급 석탄 화력발전소 1기에서 배출하는 이산화탄소의 50년분에 해당되는 양이다.

/배문숙 기자