게시일: 2024년 5월 13일
기고자: Amanda McGrath, Alexandra Jonker
CCS 프로세스에는 산업 운영, 발전소 및 기타 배출원에서 발생하는 CO2를 포집한 다음 이를 지하 저장 장소로 운반하여 영구적으로 저장하는 작업이 포함됩니다. 포집된 탄소가 때때로 다른 산업 공정을 촉진하는 제품으로 사용될 수 있다는 점에서 CCS를 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS)이라고 부르기도 합니다.
대기 중 온실 가스의 양을 줄이는 것은 기후 변화를 늦추는 데 필수적입니다. 이 목표를 달성하려면 재생 에너지원으로 전환하는 것이 매우 중요합니다. 그러나 화석 연료는 그 보급성과 보다 지속 가능한 옵션으로 전환하는 데 따른 어려움으로 인해 한동안 전 세계 에너지원의 일부로 남아있을 것입니다. CCS는 화석 연료가 방출하는 CO2의 양을 줄여 화석 연료를 더 깨끗하게 사용할 수 있도록 합니다.
CO2 배출의 주요 농도는 대규모 산업 시설, 천연가스 처리, 정유소 및 발전소와 같은 대규모 배출원에서 발생하며, 이는 CCS 프로젝트에 이상적인 후보입니다. 2022년에는 전 세계적으로 4,600만 미터톤(톤이라고도 함)의 이산화탄소가 포집되어 저장되었습니다. 2030년까지 이러한 프로젝트는 전 세계적으로 연간 2억 5,400만 미터톤의 이산화탄소를 포집하고 저장할 것으로 예상됩니다.1 순 배출량 제로를 달성하고 청정 에너지 전략에 투자하려는 국가와 기업이 늘어나면서 CCS 프로젝트와 탄소 포집 기술에 대한 관심이 커지고 있습니다.
CCS는 이산화탄소(CO2)를 포집, 운송 및 저장하는 3단계 프로세스로 이루어집니다.
CO2 포집에는 연소 후, 연소 전, 순산소 연소 등 세 가지 주요 유형이 있습니다. 각 방법에는 장점과 어려움이 있습니다. 선택은 발전소 또는 산업 시설의 유형, 사용되는 화석 연료의 특정 특성 및 전반적인 경제적 고려 사항과 같은 요인에 따라 달라집니다.
- 연소 후 포집: 가장 일반적인 CO2 포집 유형은 연소 후 포집으로, 화석 연료가 연소되어 전기나 열로 전환된 후 CO2를 포집합니다. 생성된 연도 가스는 용매를 사용하여 농축된 CO2 스트림으로 분리한 다음 압축하여 저장을 위해 운반합니다. 이 방법은 기존 발전소를 업데이트할 때 자주 사용됩니다.
- 사전 연소: 사전 연소란 화석 연료가 연소되기 전에 CO2를 제거하는 것을 말합니다. 화석 연료는 연소 전에 부분적으로 산화되어 수소와 일산화탄소의 혼합물을 생성합니다. 그런 다음 물을 추가하여 일산화탄소를 포집 및 저장할 수 있는 이산화탄소로 전환합니다. 이 방법은 연소 후 포집보다 효율적이지만 더 복잡하고 비용이 많이 드는 설정이 필요합니다.
- 산소 연료 연소: 이 방법은 화석 연료를 공기 대신 순수한 산소로 연소시켜 주로 CO2와 물로 구성된 연도 가스를 생성하는 것입니다. 수증기가 응축된 후 거의 순수한 CO2가 남아 압축 및 운반할 수 있습니다. 이러한 종류의 CCS 기술은 아직 개발 초기 단계에 있으며 아직 대규모로 사용되지는 않습니다.
CO2는 포집되면 저장 현장으로 운송됩니다. 이것은 일반적으로 천연 가스와 석유를 장거리로 운송하는 데 사용되는 것과 동일한 기술을 통해 파이프라인을 사용하여 수행됩니다. 선박이나 트럭은 더 짧은 거리나 지형이 어려운 경우에도 사용할 수 있습니다.
탄소 격리라고도 하는 탄소 저장은 CO2의 대기 중 방출을 막기 위해 장기적이고 영구적인 방법으로 CO2를 저장하는 것을 말합니다. 탄소 저장에는 여러 가지 유형이 있습니다:
- 지질학적 저장: 이는 CO2를 지하 깊은 곳의 지질층에 주입하는 것을 포함합니다. 여기에는 고갈된 유전 또는 가스 저장소, 접근하기 어려운 석탄층 또는 염분 대수층이 포함될 수 있습니다. 지금까지 탄소를 저장하는 가장 일반적인 방법은 깊은 지질층을 이용하는 것이다.
- 해양 저장: 이 방법은 깊은 수심에서 CO2를 바다에 직접 주입하는 방식입니다. 이는 그곳에서 용해되거나 안정적인 화합물을 형성합니다. 그러나 이 방법은 해양 생태계에 대한 잠재적인 영향으로 인해 환경 문제를 제기하며 현재 실행 가능한 옵션으로 간주되지 않습니다.
- 미네랄 탄산화: 이 과정에서 CO2는 특정 유형의 다공성 암석과 반응하여 안정적인 미네랄을 형성합니다. 이러한 반응은 수천 년에 걸쳐 자연적으로 발생하지만 산업 공정으로 인해 가속화될 수 있습니다. 이는 CO2 저장을 위한 영구적인 솔루션을 제공하지만 현재는 비용이 많이 들고 에너지 집약적입니다.
- 생물학적 격리: 자연적인 수단을 통해 CO2를 포집하고 저장하는 것입니다(예: 식물은 성장하면서 CO2를 흡수하여 조직과 토양에 탄소를 저장합니다). 생물학 기반 전략에는 저장 공간을 최대화하고 배출량을 최소화하는 재조림 및 탄소 농업 기술이 포함됩니다.
포집 및 저장된 CO2는 영구적으로 방치하거나 다른 산업 공정에서 사용할 수 있습니다. 저장된 탄소를 사용하는 가장 일반적인 방법은 석유 회수 향상(EOR)입니다. 이 기술을 사용하면 포집된 CO2를 유전에 주입하여 추출할 수 있는 원유의 양을 늘릴 수 있습니다.
일반적인 석유 추출 방법은 많은 양의 석유를 남길 수 있습니다. EOR 프로젝트는 추출을 보다 효율적으로 만듭니다. 그리고 CO2는 뒤에 남기 때문에 이 기술은 장기 저장 옵션의 이점도 제공합니다.
이점도 있지만, 기록상 고용주(EOR)는 발전에 화석 연료를 계속 사용하는 것을 더 쉽게 만들어 줍니다. 이러한 이유로 이는 완전한 해결책이라기보다는 재생 가능 에너지원으로 전환하고 배출량 감소를 지원하기 위한 광범위한 전략의 일부로 간주됩니다.
앞서 설명한 탄소 포집 방법은 일반적으로 발전소나 산업 시설과 같은 대규모 배출원에 사용되며 새로 생성된 탄소가 배출되기 전에 포집하는 방식입니다. 하지만 이미 대기 중에 존재하는 탄소 배출을 해결하는 데 도움이 될 수 있는 다른 탄소 포집 방법도 있습니다. 이를 이산화탄소 제거(CDR)라고 합니다. CDR에는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다.
- 바이오에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS)은 화석 연료 대신 바이오에너지를 동력원으로 사용하는 전략입니다. 바이오매스는 성장하는 동안 대기 중 이산화탄소를 흡수하고, 바이오 연료로 연소되어 에너지로 사용될 때 배출되는 이산화탄소를 포집하여 저장합니다. 따라서 BECCS는 대기에서 CO2를 순 제거할 수 있기 때문에 잠재적인 "네거티브 배출" 기술이 될 수 있습니다.
- 직접 공기 포집 및 탄소 저장(DACCS)은 발전소와 같은 공급원이 아닌 공기에서 직접 CO2를 포집하는 데 중점을 둡니다. 직접 공기 포집(DAC) 전략은 대기에 이미 존재하는 CO2를 제거하기 위해 작동하기 때문에 네거티브 배출이 될 수도 있습니다.
유엔 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)와 국제에너지기구(IEA)는 CCS가 2050년까지 전 세계 순배출 제로 목표를 달성하기 위한 전략의 핵심 부분이라고 보고했습니다. 다양한 국가와 지역에서 각자의 방식으로 CCS에 접근하고 있습니다. 다음은 몇 가지 예입니다.
미국은 텍사스주의 페트라 노바 프로젝트를 포함하여 약 10개의 대규모 CCS 시설을 운영하고 있습니다. 세계 최대의 연소 후 탄소 포집 프로젝트인 이 프로젝트는 석탄 화력 발전소에서 연간 100만 미터톤 이상의 CO2를 포집하여 인근 유전의 EOR에 사용합니다. 정부는 포집 또는 저장된 CO2 1미터톤당 세액 공제를 제공하는 45Q 세액 공제를 통해 CCS에 대한 재정적 인센티브를 제공합니다.
캐나다는 2000년부터 운영되어 연간 약 200만 미터톤의 CO2를 저장하는 Weyburn-Midale 유전을 포함하여 여러 중요한 CCS 프로젝트의 본거지입니다. 캐나다 정부는 연구 개발 자금을 조달하고 오일샌드 운영에 CCS를 사용하도록 장려하는 규제 조치를 통해 CCS를 지원합니다.
노르웨이는 CCS의 선구자입니다. 북해의 슬레이프너 유전은 1996년부터 CO2를 포집하고 저장해 왔으며, 이 프로젝트는 가장 오래 운영되고 있는 CCS 프로젝트 중 하나입니다. CO2는 현장에서 추출된 천연가스에서 분리된 다음 지하 염수층에 주입됩니다. 노르웨이 정부는 CCS를 기후 목표 달성을 위한 핵심 도구로 보고 이러한 프로젝트에 자금을 지원하고 있습니다.
세계 최대 CO2 배출국인 중국은 CCS를 배출량 감축 전략의 필수적인 부분으로 보고 있습니다. 여러 파일럿 CCS 프로젝트를 진행하고 있으며 연구 개발에 많은 투자를 하고 있습니다. 그러나 중국에서의 대규모 CCS 배포는 여전히 제한적입니다.
유럽연합(EU)은 탄소 배출에 가격을 책정하여 CCS를 재정적으로 매력적으로 만들 수 있는 배출권 거래 시스템을 통해 CCS를 지원합니다. 그러나 유럽에서는 운영 중인 프로젝트가 몇 개에 불과할 정도로 CCS의 진전이 더디게 진행되고 있습니다.
CCS는 그 잠재력에도 불구하고 몇 가지 과제에 직면해 있습니다. CO2를 포집, 운반 및 저장하는 데 드는 비용은 높을 수 있으며 탄소 포집 기술은 여전히 다양한 개발 단계에 있습니다. CCS 기술이 발전함에 따라 비용이 감소할 것으로 예상되지만 광범위한 배포에는 여전히 상당한 장벽으로 남아 있습니다. CCS는 또한 상당한 양의 에너지를 필요로 하며, 제대로 관리하지 않을 경우 발전소 또는 산업 시설의 전체 배출량을 증가시킬 수 있습니다. 이를 CCS의 '에너지 페널티'라고 합니다.
CCS의 확장은 모든 지역에 CO2 저장에 적합한 부지가 있는 것은 아니며 새로운 부지 설립의 타당성이 제한되기 때문에 지리적 제약도 있습니다. 또한 영구 저장 장소의 장기적인 안정성과 누출 가능성에 대한 우려도 있습니다. 위험은 낮은 것으로 간주되지만 누출은 배출량 감소 및 기후 변화 완화에 대한 CCS의 효율성을 훼손할 수 있습니다. 그러나 에너지 기술이 발전하고 프로젝트의 비용 효율성이 높아짐에 따라 CCS는 주요 생산자의 탄소 배출량을 관리하는 중요한 방법이 될 것으로 예상됩니다.
IBM의 탄소 저감 소프트웨어 제품은 조직 전체에서 에너지 데이터를 통합하고 에너지 관리를 개선하도록 설계되었습니다.
Scope 1, 2 및 3 배출량 데이터를 정확하게 계산, 추적 및 보고하는 데 도움이 되는 소프트웨어를 사용하여 온실 가스 배출량 보고를 간소화하십시오.
배출량 데이터를 한곳에서 모두 확인할 수 있으므로 조직은 온실가스(GHG) 성과를 쉽게 모니터링하고 지속가능성 프로젝트의 영향을 추적할 수 있습니다.
탈탄소화는 온실가스(GHG) 배출을 줄이는 기후 변화 완화 방법입니다.
기후 변화란 1800년대 후반 이후 지구 표면의 지구 온도 상승을 기록한 지구 온난화를 말합니다.
비즈니스의 지속 가능성이란 비즈니스 운영으로 인해 발생하는 부정적인 환경적, 사회적 영향을 제거하기 위한 기업의 전략과 행동을 의미합니다.
전 세계의 재생 에너지 발전 용량은 지난 30년 동안 그 어느 때보다 빠르게 확장되고 있습니다.
조직이 배출량 감축 목표를 가속화하고 지속가능성을 위한 기반을 구축하기 위해 데이터를 준비하는 방법은 다음과 같습니다.
진화하는 기술이 오늘날 사람들이 기후 변화의 영향에 적응하고 미래를 대비하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 알아보세요.
각주
1 "탄소 포집. 사용, 운송 및 저장"(ibm.com 외부 링크) 미국 에너지부(DOE), 2023년 6월.