“CCUS 없이는 넷제로 불가능”... 연간 백만 톤 급 이산화탄소 포집 기술 선점 … 탄소 네거티브 공장, 탄소 광물화까지

지구온난화로 전 세계에 산불, 태풍, 고온, 강수량 폭증 등 이상 기후가 나타나고 있다. 과학자들은 지구 평균 온도가 1.5℃ 이상 오르면 해수면이 상승하고 생태계가 파괴되면서 겉잡을 수 없는 재앙을 맞게 된다고 예고했다.

IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 기후 변화에 관한 정부간 협의체)의 ‘지구온난화 1.5°C 특별 보고서’가 제시한 탄소 배출 허용 총량을 고려할 때, 지구 온도 1.5°C 목표를 지키기 위해 남은 시간은 10여 년에 불과하다. 이에 더욱 중요하게 떠오른 이슈가 ‘탄소 저감’, ‘탄소 중립’이다.
 

DL이앤씨 'D타워 돈의문' 사옥. 사진 = DL이앤씨

전 세계가 기후 위기 대응 및 탄소 중립을 선언하고, 우리 정부도 2050년까지 ‘Net Zero’(탄소 중립)를 달성하겠다고 밝힌 가운데, 수많은 공장을 가동하는 국내 기업들에게 환경 보호는 가장 시급한 과제가 됐다. 또, 최근 ESG 경영이 대두되면서 탄소 중립에 힘쓰는 기업이 주목받는 추세다. 그 중심에 DL이앤씨가 있다.

탄소 중립 실현을 위해선 탄소를 ‘제로’로 만드는 기술이 필요한데, DL이앤씨는 직접적으로 탄소를 저감할 수 있는 ‘CCUS’ 기술의 선두주자로 그 경험과 실적을 적극 활용 중이다. CCUS란 ‘Carbon Capture Utilization and Storage’의 약자로, 대기 중에 있는 이산화탄소뿐 아니라 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집(Capture)하고 포집한 탄소를 전환·활용(Utilization)하며 영구 저장(Storage)하는 기술을 뜻한다.

DL이앤씨 CCUS 사업부 김상일 팀장을 만나 ‘CCUS’ 기술과 탄소 중립 이슈에 관해 들어 봤다.
 

DL이앤씨 CCUS 사업부 김상일 팀장은 CCUS 관련 경험을 15년 넘게 쌓아 왔으며 CCUS 전문가로 활발히 활동하고 있다. 사진 = DL이앤씨 

“현재 재생 에너지 및 친환경 에너지 생산 단가가 온실가스를 배출하는 기존 화석 에너지에 비해 비용 면에서 열위에 있어 재생 에너지 보급이 단시간에 확대되기엔 어려울 것으로 보인다. 따라서 온실가스 배출을 감축하려면 CCUS가 반드시 필요하다. 국제 에너지 기구 IEA가 2020년 발표한 ‘에너지 기술 전망 리포트’에도 ‘CCUS 없이 Net Zero 달성은 사실상 불가능하다’라고 언급됐을 정도로 CCUS는 중요하다.”

김 팀장의 말처럼 CCUS 기술은 국가 에너지 전략을 바꾸는 등 기존 생산 체계에 변화를 동반하지 않고도 쉽게 온실가스를 저감할 수 있기 때문에 각광받고 있다.


DL이앤씨, 2000년대 초반부터 CCUS 사업 참여

그렇다면 DL이앤씨는 어떻게 CCUS의 강자가 됐을까.

“일일 이산화탄소 포집량 2톤 급 파일럿 설비를 구현하는 ‘당인리 국책 과제’(2002년 준공)에 EPCC(Engineering, Procurement, Construction and Commissioning, 설계, 구매, 시공 및 시운전) 업체로 참여하면서 CCUS 분야에 뛰어들었다. 그 후 한전 전력 연구원이 개발한 특수 흡수제(KoSol, Korea Solvent)로 한국중부발전의 보령화력발전소에 일일 이산화탄소 포집량 200톤 급 포집 설비를 구현하는 ‘보령 CCS 국책 과제’(2013년 준공)의 개념 설계 및 기본 설계를 수행하고 운전 매뉴얼 작성 등 설비 운영을 위한 지원 용역을 수행했다. 이 설비는 15,000시간 연속 운전을 달성하는 등 안정적으로 운영 중이며, 이를 토대로 일일 이산화탄소 포집량 3000톤 급, 연간 기준 100만 톤 급 포집 설비(2014년 완료)의 개념 설계 및 기본 설계까지 DL이앤씨가 수행하게 됐다.”

DL이앤씨는 2000년대 초반부터 CCUS 사업에 참여하며 기술력과 경쟁력을 키워 왔다. 당시엔 DL이앤씨가 축적한 기술들이 크게 활용되지 못했지만 최근 글로벌 시장에서 탄소 중립에 대한 공감대가 형성되고, 국가 차원의 의무적인 탄소 감축 목표 등이 설정되면서 CCUS 사업도 급속도로 추진되기 시작했다.

앞선 기술력과 경험을 갖춘 DL이앤씨는 이러한 흐름에 발맞춰 2021년 신사업부문 형태로 운영되던 CCUS 전담 조직을 그해 말 CCUS 사업부로 격상, 조직을 강화해 현재의 CCUS 사업부로 탄생시켰다. 김상일 팀장은 DL이앤씨 CCUS 사업부의 영업팀 팀장이자 CCUS 전문가로 활약하고 있다.

김 팀장은 ”기계공학을 전공하고 DL이앤씨 (입사 당시 대림산업)에 입사해 설계 업무 및 해외 화공 프로젝트, 발전 프로젝트 등을 수행하며 15년 넘게 관련 경험을 쌓아 오다가 탄소 중립 시장에 더 큰 관심을 가지게 됐다”며 “해당 분야에 매진하다 보니 지금의 자리에 이르렀다”고 CCUS 사업부에 몸담기까지의 과정을 소개했다.


CCUS 기술 원리와 활용법
 

DL이앤씨가 지난 3월 공개한 CCUS 사업 개념도. 포집, 활용, 저장 단계에서 구체적인 방안을 마련했다. 사진 = DL이앤씨 

CCUS라는 단어와 개념만으로는 구체적으로 어떤 방법을 통해 탄소가 포집되고 활용되는지 그림을 그리기가 쉽지 않다. DL이앤씨는 지난 3월 CCUS 사업 전반에 걸친 종합 솔루션을 제공하기 위한 청사진을 공개한 바 있는데, 이를 바탕으로 김 팀장에게 어떤 방법과 원리에 따라 탄소를 포집· 활용·저장하는지 물었다.

“탄소를 잡아내는 ‘포집’ 과정에는 대기 중 탄소를 흡수시키기 위한 흡수제가 필요하다. 포집원(발전소, 제철소 및 석유화학 공장 등) 굴뚝에서 나오는 배기가스를 불러와 특수 흡수제와 반응시켜 이산화탄소만 흡수제에 붙게 한 뒤, 다른 온도 조건 반응에서 흡수제로부터 이산화탄소를 분리한다. 그 다음 이산화탄소를 별도로 모으는 과정을 거치고, 그 이산화탄소를 압축·액화할 경우 여러 산업군에서 활용될 수 있는 고순도 이산화탄소를 얻을 수 있다.”

 

한전 전력연구원이 운영 중인 한국중부발전 보령화력본부 이산화탄소 포집 실증 플랜트. 이 설비는 DL이앤씨가 ‘보령 CCS 국책 과제’를 통해 개념 설계 및 기본 설계를 수행하고 운전 매뉴얼 작성 등 운영을 위한 지원 용역을 수행한 설비다. 일일 이산화탄소 포집량 200톤 급 포집이 가능하다. 사진 = 한국전력 전력연구원

탄소 포집 과정에서 DL이앤씨 역시 흡수제를 통한 습식 포집 기술을 이용하는데, 이 흡수제(KoSol)는 한전 전력연구원에서 제공하지만 모든 개념 설계, 기본 설계, 상세 설계부터 시공 운전 및 성능 보증은 DL이앤씨 같은 EPC(Engineering Procurement Construction 설계, 조달, 시공을 맡는 사업자)사가 수행하는 것이다. 때문에 김 팀장은 “같은 흡수제로 설계하더라도 직접 설비를 운전한 데이터를 기반으로, 그에 따른 보완점을 설계에 재반영하는 등 CCUS 사업 경험과 설계 능력이 중요하다”고 설명했다.

CCUS에서는 특히 탄소 포집에 그치는 것이 아닌 포집한 탄소를 어떻게 처리하고 활용(CCU) 혹은 저장(CCS)하느냐가 관건이다.

“고순도 이산화탄소를 무한정 모으기만 하고 사용, 활용하지 못하면 그것도 큰 문제가 된다. 이에 대한 해결책으로 DL이앤씨는 포집된 이산화탄소를 처리, 활용하는 솔루션을 발주처에 제공하고 있다. 저장 및 활용 측면에서 전 세계적으로 다양한 비즈니스 모델을 구축하고 있다.”
 

DL이앤씨는 지난 3월 한국지질자원연구원 탄소 광물 플래그십 사업단과 '탄소 광물화 원천 기술 글로벌 상용화 협력체계 구축'을 위한 업무협약을 체결했다. 유재형 CCUS 담당 임원(왼쪽)과 한국지질자원연구원 안지환 탄소광물플래그십 사업단장이 협약식에 참석해 포즈를 취했다. 사진 = DL이앤씨

예를 들면, 탄소 활용 단계에서 이용할 수 있는 기술로는 ‘탄소 광물화’가 있다. DL이앤씨는 최근 국내에서 탄소 광물화 원천 기술 상용화 관련해 지질자원연구원 및 정부 주요부처(과학기술정보통신부, 환경부, 산업통상자원부)가 참여하는 범부처 프로젝트 ‘탄소 광물 플래그십 사업단’에 대표 기업으로 참여하는 협약을 맺었다.

“탄소 광물화 기술이란 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)를 포함하는 산업 부산물과 이산화탄소를 직접탄산화 반응에 의해 탄산염(CaCO3등)을 합성하는 기술이다. 한국의 지형 특성상 이산화탄소를 영구 저장할 장소가 부족하다는 점을 감안하면, 반드시 이런 전환 기술이 개발·상용화돼야 한다. 이를 위해 DL이앤씨가 대표기업으로 나서 실증 사업 추진을 도맡았다.”

탄소 광물화는 탄소를 탄산칼슘 등으로 전환해 친환경 건설 자재(골재, 시멘트, 시멘트 대체제 등)를 생산하는 데 활용할 수 있는 기술이다. 또한 CCUS 과정을 통해선 친환경 에너지원인 ‘블루 수소’도 생산할 수 있게 된다. 즉 CCUS는 전체적인 밸류 체인 과정이라고 볼 수 있다.

“현재까지 대부분의 수소 생산은 천연가스 개질(천연가스의 주성분인 메탄에 수증기를 촉매 반응시켜 수소를 얻는 방법)을 통해 이루어졌으며, 이 과정에서 필연적으로 이산화탄소가 배출되는 문제가 발생했다.

이처럼 이산화탄소를 배출하면서 생산된 수소를 ‘그레이 수소’라고 하는데, 그레이 수소 생산 과정에 CCUS 설비 설치를 통해 이산화탄소를 포집하면, 생산 과정상 이산화탄소가 배출되지 않는 블루 수소가 생산된다. DL이앤씨에서 CCUS를 준비한다는 건 블루 수소를 준비하고 있다는 것과 동일한 이야기다.”


지난 2월 서해그린환경과 탄소 포집 사업 업무협약 체결

김 팀장은 “마음만 먹으면 이산화탄소를 모두 포집할 수 있다. 100%까지도 가능하다. 다만 규모에 따라 어떤 설비를 설치할지, 어떻게 설계할지 등 비용적인 부분을 고려해야 한다”며 DL이앤씨의 포집 기술에 대한 자신감을 드러냈다. 그도 그럴 것이 DL이앤씨는 CCUS 사업에서 압도적인 성과를 내고 있다.
 

DL이앤씨는 지난해 서해그린에너지와 국내 최초 탄소 네거티브 공장 건설 프로젝트를 진행 중이다. 이 프로젝트를 통해 대산파워가 운영하는 충남 서산시 대산읍 소재 바이오매스 에너지 설비에 탄소 포집 및 활용 공장을 건설한다. 사진은 대산파워 바이오매스 에너지 설비. 사진 = DL이앤씨 

DL이앤씨는 지난해부터 서해그린에너지와 손잡고 국내 최초 탄소 네거티브 공장 건설 프로젝트(2023년 상반기 준공 예정)를 수행 중이다. 해당 공장은 연간 14만 6천 톤 규모의 이산화탄소를 포집할 수 있다. 이후 압축과 정제 과정을 거쳐 순도 99.9% 액체 이산화탄소를 생산하며 반도체 세정제, 소화기, 의료용품, 용접용품, 드라이아이스 등 국내 탄산 수요처에 공급될 예정이다.

“이미 자체 기술로 일일 이산화탄소 포집량 3000톤(연간 100만 톤 이상) 급 설비에 대한 설계 패키지가 완성된 상태로, 언제든 해당 규모의 설비를 설치 및 운영할 수 있는 능력을 갖췄다. 현재 DL이앤씨는 국내외 시장에 대규모 저장 설비를 안정적으로 운영할 수 있는 지역과 인근 배출원에 해당 사업을 추진 협의하고 있다.”

이러한 기술력을 바탕으로 DL이앤씨는 지난 2월 서해그린환경(서해그린에너지 계열사)과 탄소 포집 사업 업무협약을 체결했다. 양사는 충청남도 대산에 위치한 서해그린환경의 폐기물 처리 사업장에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 프로젝트를 함께 진행한다.

또한 앞서 소개한 바와 같이 지난 3월 한국지질자원연구원 탄소 광물 플래그십 사업단과 '탄소 광물화 원천 기술 글로벌 상용화 협력 체계'를 위한 업무 협약을 체결했다. 현대오일뱅크와도 친환경 건축소재 사업 관련 업무 협약을 맺었으며, 해외 시장으로는 호주 뉴라이저(NeuRizer)사와 탄소 포집, 활용, 저장 시설 건설을 위한 개념 설계와 기본 설계를 수행하는 우선 계약 합의서도 체결했다.

CCUS 현안과 상용화까지의 전망

세계적으로 탄소 저감에 힘쓰는 만큼, 탄소 배출 기업들에겐 할당된 탄소 배출권이 있다. 이는 온실가스를 일정 기간 동안만 배출할 수 있는 권리로, 기업은 의무적으로 할당 범위 내에서 온실가스를 배출해야 한다. 남거나 부족한 배출권은 주식이나 채권처럼 시장에서 사고팔 수 있다. 만일 배출 탄소량이 배정된 탄소 할당량을 초과할 시 다른 기업에게 탄소 배출권을 사 와야 한다.
 

공장 굴뚝에서 뿜어져 나오는 온실가스. (기사 내용과 직접적 연관이 없는 사진.) 사진 = 연합뉴스 

한편 윤석열 당선인은 각 기업에 부여되는 탄소 배출 할당량 중, 유상으로 배출권을 구입해야 하는 유상 할당률을 현재 10% 대비 더 늘리겠다는 공약을 내걸었다.

“기업 입장에선 비용을 지불해 배출권을 사야 하는 양이 늘어날수록 부담도 늘 수밖에 없다. 이때 해결책이 CCUS다. 배출권 비용 증가로 CCUS 시장은 더욱 활발해지리라 생각한다.”

탄소배출권 가격과 탄소세 도입이 이슈로 떠오른 만큼 탄소중립은 기업 입장에서 피할 수 없는 숙제인 셈이다. 때문에 배출된 탄소를 저장하거나 고부가가치 제품으로 전환하는 CCUS 기술의 필요성이 더욱 커질 전망이다. CCUS를 통해 탄소를 저감하면 배출권은 더욱 확보되고, 그 배출권을 다른 기업에 판매해 수익을 창출한다. 이러한 수익 모델도 구축할 수 있어 CCUS 기술은 다른 탄소 감축 방법에 비해 가장 확실하고 현실적인 대안으로 평가받는다. 하지만 CCUS가 당장 상용화되기엔 어려운 부분도 있다.

“현실적으로 국내의 경우 특히 포집 이후 처리 과정에서 난관에 부딪힌다. 당장 활용 가능한 액화 탄산 시장의 규모는 매우 제한적이며, 한국 전체 이산화탄소 배출량이 1년에 6~7억 톤 정도인데, 포집 후 지중 혹은 해저 저장을 위한 적절한 저장소의 규모가 현재 국내에는 충분치 않다. 기업들이 이산화탄소를 저감하고자 포집 설비를 설치해도 탄소 처리 방안이 없어 사실상 탄소 저감 프로젝트가 활발히 진행되지 못하는 부분들이 많다.”

작년 6월 정부가 발표한 이산화탄소 포집 활용(CCU)에 대한 기술 혁신 로드맵에 따르면 현재까지 개발된 탄소 활용 기술(화학전환, 광물화, 생물전환 등)을 더욱 개발해 2030년까지 상용화되도록 지원하겠다고 했지만 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다.

“정부가 CCUS 기술 개발·실증을 위해 950억 원의 R&D 자금을 투자하고 배출권 거래제를 시행해 시장 자체적으로 탄소를 감축할 수 있도록 독려하지만, 아쉽게도 탄소를 확실히 감축하거나 제거하는 CCUS 설비를 구축하려는 기업에게 보조금을 지급하는 부분은 많지 않은 상황이다.”

정부 차원에서 실질적으로 어떤 뒷받침이 필요한지 묻자 김 팀장은 “기업들도 연료 전환, 기술 혁신 등을 통해 탄소 배출량을 줄이려고 노력 중이나 탄소를 자원으로 이용하기 위한 인프라 부분이 매우 미미한 수준”이라며 “국가적인 투자로 산업단지 등에 공동 포집할 수 있는 설비를 마련하거나 이런 설비를 이송할 수 있는 터미널 설치 등 정부 주도의 투자가 함께 이루어지면 탄소가 자원으로서 더욱 기여할 수 있을 것으로 기대된다”라고 답했다.

또한 김 팀장은 “포집한 이산화탄소에 대한 정의와 이를 활용하는 제도는 법제화 준비 단계에 있기 때문에 이 부분이 해결되면 기업들이 탄소를 활용하는 방향을 명확히 설정할 수 있지 않을까 생각한다”라고 덧붙였다.
 

지난 3월, DL이앤씨 마창민 대표이사(오른쪽)가 뉴라이저사 필 스테이블리 사장과 탄소 포집·활용 및 저장 시설 건설을 위한 개념설계와 기본설계를 수행하는 우선 계약 합의서를 체결했다. 사진 = DL이앤씨

DL이앤씨는 CCUS 선두주자로서 기업들의 고충을 해결하고자 포집된 이산화탄소의 활용과 관련된 기술(Carbon to X 기술)을 확보해 내가고 있다. 실제 국내외에서 이미 관련 시설의 설치˙운영 프로젝트를 개발, 추진 중이다. 더불어 포집한 탄소를 건자재로 재활용하거나 폐유전이나 폐가스전에 저장하는 사업까지 운영할 수 있는 지속성장 모델을 구축하고 있다.

또한 탄소 포집 EPC 분야에서 올해부터 2024년까지 국내외 누적 수주 1조 원 달성 및 글로벌 시장 공략을 통해 2025년부터 2027년까지 연간 1조 원 수준의 수주 규모를 꾸준히 유지하고, 이후 2030년까지 매년 2조 원 수준까지 수주를 확대할 계획이다.
 

김상일 팀장은 “붉어져 가는 지구를 다시 푸르게 만드는 데 DL이앤씨가 의미 있는 기여를 하겠다"라고 말했다. 사진 =DL이앤씨

“붉어져 가는 지구를 다시 푸르게 만드는 데 DL이앤씨가 의미 있는 기여를 하겠습니다.”

김상일 팀장의 일성처럼 DL이앤씨가 보일 푸른 행보가 기대된다.


<문화경제 김민주 기자>