🖊️이하연 에디터
영국 맨체스터 대학교 화학공학과에 재학중이다. 지속 가능한 미래를 위해 연구하는 공학자의 꿈을 가지고 있다. 기후 변화의 심각성을 깨닫고, 해결을 위해서는 국제적인 협력과 사람들의 인식 변화가 중요하다는 것을 느꼈다. 영국에서 직접 보고 느낀 기후 변화와 관련된 문제들과 이를 해결하고자 하는 사람들의 노력을 나누고자 한다.
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기후 위기의 심각성을 인지함에 따라 이를 해결하기 위한 전 세계적인 움직임이 이루어지고 있다. 여러 산업 분야에서 넷제로 달성의 핵심으로 친환경 기술의 개발과 인프라 구축, 상용화의 중요성이 커지고 있는데, 그 중 미래의 잠재력이 클 것으로 주목받는 기술로 탄소 포집과 저장 기술 (CCUS), 수소 에너지가 있다. 이에 발맞춰 영국은 어떻게 기술을 선두하고, 적용하고 있는지에 대하여 알아볼 것이다.
CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) 이란?
▲ CCUS 프로세스
(출처: https://idtechex.com/en/research-report/carbon-capture-utilization-and-storage-ccus-2021-2040/802)
CCUS는 탄소 포집, 이용, 및 저장(Carbon Capture, Utilization, and Storage)의 약자이다. 이는 발생된 이산화탄소(CO2)를 포집(Capture)하여 이를 대기로 방출시키지 않고 고온·고압의 지층이나 해저에 저장하는 기술인 CCS (Carbon Capture and Storage) 와 포집한 이산화탄소를 상업적으로 활용하여 가치 있는 제품이나 화합물을 생산하는 기술인 CCU (Carbon Capture Utilization)을 합한 단어이다.
CCUS는 크게 세 가지 종류로 나뉘는데, 발전소나 산업 시설의 연소 후에 이산화탄소를 화학적, 물리적 방법으로 포집하는 방식인 후 연소 포집 (Post-combustion capture), 연료를 연소하기 전에 이산화탄소를 분리하거나 연료를 가스화 시킨 후 이산화탄소를 분리하여 포집하는 전 연소 포집 (Pre-combustion capture), 공기에서 순산소만 분리해 연료를 연소하여 응축을 통해 쉽게 수증기를 분리하고 이산화탄소를 회수할 수 있는 순산소연소법 (Oxyfuel capture)이 있다. CCUS는 화석연료를 지속적으로 사용하면서도 온실가스 농도를 안정화시킬 수 있는 기술로 2050년 넷제로 목표 달성 있어서 중요한 기술 중 하나로 손꼽히고 있고, 따라서 전 세계적으로 활발한 연구개발이 이루어지고 있는 분야이다.
영국의 CCUS 기술과 CCUS 클러스터
▲ 두 개의 CCUS 클러스터 계획
(출처: CCUS Net Zero Investment Roadmap)
영국 또한 2050년 탄소 배출량 넷제로 달성을 위하여 CCUS 기술을 다양한 산업 분야에 적용시키기 위한 노력이 이어지고 있다. 영국 정부는 CCUS를 지원하기 위해 2023년 20억 파운드(약 3조 2800억원)의 정부 예산을 투자하여 2030년까지 매년 10Mt 이산화탄소를 포집하려는 목표를 가지고 있는데, 이는 연간 자동차 400만 대가 배출하는 이산화탄소와 같은 양이다. 또한 영국은 기후변화 대응에 더불어 CCUS 기술을 통해 50,000개의 일자리를 창출하고, 산업 경쟁력을 강화하는 목표도 가지고 있다.
▲ Hynet의 개발 계획
(출처: https://hynet.co.uk/about/)
이를 달성하기 위해 영국에서는 기업･에너지･산업전략부(Department for Business, Energy and Industrial Strategy, BEIS)의 주관 하에 크게 두 개의 목표를 가지고 있는데, 2020년대 중반까지 영국 내 최소 두 개의 CCUS 클러스터의 기반을 만들고 운영하는 것과 2030년까지 추가적으로 두 개의 CCUS 클러스터를 짓는 것이다. DelpHYnus, East Coast Cluster, Hynet, Scottish Cluster, V Net Zero 등 다양한 지역과 기업들이 참여하여 CCUS 인프라를 만들고 있는데, 대표적으로 Hynet의 프로젝트가 있다.
이는 잉글랜드 북서쪽 산업이 집중되어 있는 리버풀, 맨체스터 지역에 계획된 CCUS 프로젝트로 천연가스 연소나 제품 제조 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집, 저장하게 된다. 기존 산업 시설에 탄소포집 기술이 설치될 것이고, 포집된 이산화탄소는 압축되어 파이프를 통해 이전에 천연가스가 고갈되었던 해안 지역을 활용한 이산화탄소 저장 시설에 저장된다.
아직 CCUS는 초기 개발 단계에 있지만, 많은 장점과 잠재력을 가지고 있다. 대기 중 탄소 농도를 직접적으로 감소시키는 방법이라는 장점이 있고, 탄소를 새로운 제품과 에너지로 전환하면서 자원을 효율적으로 활용할 수 있기 때문에 기후 변화에 대한 대응과 더불어 경제적 가치 창출에 기여할 수 있는 기술이기 때문에 주목받고 있다.
수소 경제란?
수소는 우주물질의 75%를 차지하는 풍부한 원소로, 수소는 장기간 대용량의 저장이 가능하고 에너지 효율이 높다. 수소의 질량당 에너지 밀도는 휘발유의 4배, 천연가스의 3배 수준이며, 화학반응으로 열과 전기를 생성하면서 도 이산화탄소 같은 온실가스가 나오지 않고 부산물로 물만 생성되어 환경 친화적이다. 기술적인 한계 때문에 이러한 잠재력에도 불구하고 활용하지 못하고 있었으나 최근 연료전지, 수소전기차 등의 발전으로 수소의 활용 범위가 확대되면서 수소경제에 대한 기대가 다시 증가하고 있다. 수소 경제란 수소를 주요 에너지 저장 및 전달 매체로 사용하여 친환경적이고 지속 가능한 에너지 시스템을 적용한 경제를 의미한다. 탄소의 사용량을 줄이고 탄소 중립을 이루기 위해서 여러 수소 생산 관련 기술이 생겨나고 있다.
수소는 어떻게 생산되느냐에 따라 회색 수소(Grey Hydrogen), 청색 수소(Blue Hydrogen), 녹색 수소(Green Hydrogen)로 분류된다. 회색 수소는 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하며, 주로 석유화학이나 제철 공정의 부산물로 생산되고, 청색 수소는 회색 수소 생산 시 발생하는 이산화탄소를 포집하는 과정에서 생산되며, 앞서 언급한 탄소포집 기술과 함께 생산된다. 마지막으로 녹색 수소는 신재생 에너지를 이용하여 물을 전기 분해하여 생산되는 수소를 뜻한다. 회색 수소보다는 청색 수소가, 청색 수소보다는 녹색 수소가 더 친환경적이다.
▲ 영국 그린, 블루 수소 생산지 계획도
(출처: UK Hydrogen Strategy)
이렇듯 친환경적인 수소의 생산이 가능해짐에 따라 주 에너지원을 탄소에서 수소로 바꾸려는 움직임이 계속되고 있고, 이에 따른 수요는 계속 증가할 것으로 예상된다. 이러한 수요에 발맞춰 수소 경제를 개발하려면 공급과 수요를 동시에 확대해야 하는데, 이를 달성하기 위하여 영국은 2030년까지 5GW의 저탄소 수소 생산 능력 구축한다는 목표를 가지고 영국은 수소 생산에 대한 '트윈 트랙' 접근 방식을 사용했다. 영국은 대량의 녹색 수소와 CCUS(탄소 포집, 이용 및 저장)를 활용하는 청색 수소의 생산을 모두 지원하는 것이다. 청색 수소는 특히 앞서 언급한 탄소 포집의 인프라 안에서 생산될 수 있어 더욱 경제적일 것으로 예측된다. 또한 수소의 품질을 충족시키고 저탄소 생산을 검토하기 위해 영국은 2022년 7월 저탄소 수소 표준(Low-Carbon Hydrogen Standard)을 발표해 수소의 지속 가능성을 검증하는 체계를 만들어 운영하고 있다.
이렇듯 영국에서는 생산된 탄소를 포집하여 활용하고, 더 나아가 새로운 친환경 에너지원인수소를 활용하기 위한 연구가 다방면으로 이루어지고 있고, 영국뿐만 아니라 한국이나 다른 여러 국가들 에서도 마찬가지로 탄소 포집, 그린 수소와 같은 차세대 미래 기술들에 대한 연구가 진행중이다. 아직 상용화 단계에 이르기까지는 더욱 많은 시간이 필요하지만 지속 가능한 미래를 위한 친환경 기술을 적극적인 도입이 전 세계적인 협력과 함께 이루어진다면 탄소 중립을 이루어 내는데 미래의 기술들은 큰 도움이 될 것이다.
참고자료
https://hydrogen-central.com/wood-mackenzie-green-hydrogen-compete-cost/
https://hynet.co.uk/about/
https://idtechex.com/en/research-report/carbon-capture-utilization-and-storage-ccus-2021-2040/802
https://smartfutures.org.uk/ccus-market-set-for-growth/
https://www.hellonext.world/green-blue-and-grey-hydrogen-the-main-differences/
https://www.iea.org/energy-system/carbon-capture-utilisation-and-storage
https://www.theguardian.com/environment/2011/mar/18/carbon-capture-storage-technologies
Carbon Capture and Storage - A critical element of HyNet North West
CCUS Net Zero Investment Roadmap - Capturing carbon and a global opportunity
HM Government - UK Hydrogen Strategy
국가녹색기술연구소 - 영국의 CCUS 클러스터 개발 추진현황 및 정책적 시사점
※ 해당 게시물 내용은 기후변화센터의 공식 입장이 아닌, 작성자 개인의 의견임을 알려드립니다.
기후 위기의 심각성을 인지함에 따라 이를 해결하기 위한 전 세계적인 움직임이 이루어지고 있다. 여러 산업 분야에서 넷제로 달성의 핵심으로 친환경 기술의 개발과 인프라 구축, 상용화의 중요성이 커지고 있는데, 그 중 미래의 잠재력이 클 것으로 주목받는 기술로 탄소 포집과 저장 기술 (CCUS), 수소 에너지가 있다. 이에 발맞춰 영국은 어떻게 기술을 선두하고, 적용하고 있는지에 대하여 알아볼 것이다.
▲ CCUS 프로세스
(출처: https://idtechex.com/en/research-report/carbon-capture-utilization-and-storage-ccus-2021-2040/802)
CCUS는 탄소 포집, 이용, 및 저장(Carbon Capture, Utilization, and Storage)의 약자이다. 이는 발생된 이산화탄소(CO2)를 포집(Capture)하여 이를 대기로 방출시키지 않고 고온·고압의 지층이나 해저에 저장하는 기술인 CCS (Carbon Capture and Storage) 와 포집한 이산화탄소를 상업적으로 활용하여 가치 있는 제품이나 화합물을 생산하는 기술인 CCU (Carbon Capture Utilization)을 합한 단어이다.
CCUS는 크게 세 가지 종류로 나뉘는데, 발전소나 산업 시설의 연소 후에 이산화탄소를 화학적, 물리적 방법으로 포집하는 방식인 후 연소 포집 (Post-combustion capture), 연료를 연소하기 전에 이산화탄소를 분리하거나 연료를 가스화 시킨 후 이산화탄소를 분리하여 포집하는 전 연소 포집 (Pre-combustion capture), 공기에서 순산소만 분리해 연료를 연소하여 응축을 통해 쉽게 수증기를 분리하고 이산화탄소를 회수할 수 있는 순산소연소법 (Oxyfuel capture)이 있다. CCUS는 화석연료를 지속적으로 사용하면서도 온실가스 농도를 안정화시킬 수 있는 기술로 2050년 넷제로 목표 달성 있어서 중요한 기술 중 하나로 손꼽히고 있고, 따라서 전 세계적으로 활발한 연구개발이 이루어지고 있는 분야이다.
▲ 두 개의 CCUS 클러스터 계획
(출처: CCUS Net Zero Investment Roadmap)
영국 또한 2050년 탄소 배출량 넷제로 달성을 위하여 CCUS 기술을 다양한 산업 분야에 적용시키기 위한 노력이 이어지고 있다. 영국 정부는 CCUS를 지원하기 위해 2023년 20억 파운드(약 3조 2800억원)의 정부 예산을 투자하여 2030년까지 매년 10Mt 이산화탄소를 포집하려는 목표를 가지고 있는데, 이는 연간 자동차 400만 대가 배출하는 이산화탄소와 같은 양이다. 또한 영국은 기후변화 대응에 더불어 CCUS 기술을 통해 50,000개의 일자리를 창출하고, 산업 경쟁력을 강화하는 목표도 가지고 있다.
▲ Hynet의 개발 계획
(출처: https://hynet.co.uk/about/)
이를 달성하기 위해 영국에서는 기업･에너지･산업전략부(Department for Business, Energy and Industrial Strategy, BEIS)의 주관 하에 크게 두 개의 목표를 가지고 있는데, 2020년대 중반까지 영국 내 최소 두 개의 CCUS 클러스터의 기반을 만들고 운영하는 것과 2030년까지 추가적으로 두 개의 CCUS 클러스터를 짓는 것이다. DelpHYnus, East Coast Cluster, Hynet, Scottish Cluster, V Net Zero 등 다양한 지역과 기업들이 참여하여 CCUS 인프라를 만들고 있는데, 대표적으로 Hynet의 프로젝트가 있다.
이는 잉글랜드 북서쪽 산업이 집중되어 있는 리버풀, 맨체스터 지역에 계획된 CCUS 프로젝트로 천연가스 연소나 제품 제조 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집, 저장하게 된다. 기존 산업 시설에 탄소포집 기술이 설치될 것이고, 포집된 이산화탄소는 압축되어 파이프를 통해 이전에 천연가스가 고갈되었던 해안 지역을 활용한 이산화탄소 저장 시설에 저장된다.
아직 CCUS는 초기 개발 단계에 있지만, 많은 장점과 잠재력을 가지고 있다. 대기 중 탄소 농도를 직접적으로 감소시키는 방법이라는 장점이 있고, 탄소를 새로운 제품과 에너지로 전환하면서 자원을 효율적으로 활용할 수 있기 때문에 기후 변화에 대한 대응과 더불어 경제적 가치 창출에 기여할 수 있는 기술이기 때문에 주목받고 있다.
수소는 우주물질의 75%를 차지하는 풍부한 원소로, 수소는 장기간 대용량의 저장이 가능하고 에너지 효율이 높다. 수소의 질량당 에너지 밀도는 휘발유의 4배, 천연가스의 3배 수준이며, 화학반응으로 열과 전기를 생성하면서 도 이산화탄소 같은 온실가스가 나오지 않고 부산물로 물만 생성되어 환경 친화적이다. 기술적인 한계 때문에 이러한 잠재력에도 불구하고 활용하지 못하고 있었으나 최근 연료전지, 수소전기차 등의 발전으로 수소의 활용 범위가 확대되면서 수소경제에 대한 기대가 다시 증가하고 있다. 수소 경제란 수소를 주요 에너지 저장 및 전달 매체로 사용하여 친환경적이고 지속 가능한 에너지 시스템을 적용한 경제를 의미한다. 탄소의 사용량을 줄이고 탄소 중립을 이루기 위해서 여러 수소 생산 관련 기술이 생겨나고 있다.
수소는 어떻게 생산되느냐에 따라 회색 수소(Grey Hydrogen), 청색 수소(Blue Hydrogen), 녹색 수소(Green Hydrogen)로 분류된다. 회색 수소는 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하며, 주로 석유화학이나 제철 공정의 부산물로 생산되고, 청색 수소는 회색 수소 생산 시 발생하는 이산화탄소를 포집하는 과정에서 생산되며, 앞서 언급한 탄소포집 기술과 함께 생산된다. 마지막으로 녹색 수소는 신재생 에너지를 이용하여 물을 전기 분해하여 생산되는 수소를 뜻한다. 회색 수소보다는 청색 수소가, 청색 수소보다는 녹색 수소가 더 친환경적이다.
▲ 영국 그린, 블루 수소 생산지 계획도
(출처: UK Hydrogen Strategy)
이렇듯 친환경적인 수소의 생산이 가능해짐에 따라 주 에너지원을 탄소에서 수소로 바꾸려는 움직임이 계속되고 있고, 이에 따른 수요는 계속 증가할 것으로 예상된다. 이러한 수요에 발맞춰 수소 경제를 개발하려면 공급과 수요를 동시에 확대해야 하는데, 이를 달성하기 위하여 영국은 2030년까지 5GW의 저탄소 수소 생산 능력 구축한다는 목표를 가지고 영국은 수소 생산에 대한 '트윈 트랙' 접근 방식을 사용했다. 영국은 대량의 녹색 수소와 CCUS(탄소 포집, 이용 및 저장)를 활용하는 청색 수소의 생산을 모두 지원하는 것이다. 청색 수소는 특히 앞서 언급한 탄소 포집의 인프라 안에서 생산될 수 있어 더욱 경제적일 것으로 예측된다. 또한 수소의 품질을 충족시키고 저탄소 생산을 검토하기 위해 영국은 2022년 7월 저탄소 수소 표준(Low-Carbon Hydrogen Standard)을 발표해 수소의 지속 가능성을 검증하는 체계를 만들어 운영하고 있다.
이렇듯 영국에서는 생산된 탄소를 포집하여 활용하고, 더 나아가 새로운 친환경 에너지원인수소를 활용하기 위한 연구가 다방면으로 이루어지고 있고, 영국뿐만 아니라 한국이나 다른 여러 국가들 에서도 마찬가지로 탄소 포집, 그린 수소와 같은 차세대 미래 기술들에 대한 연구가 진행중이다. 아직 상용화 단계에 이르기까지는 더욱 많은 시간이 필요하지만 지속 가능한 미래를 위한 친환경 기술을 적극적인 도입이 전 세계적인 협력과 함께 이루어진다면 탄소 중립을 이루어 내는데 미래의 기술들은 큰 도움이 될 것이다.
참고자료
https://hydrogen-central.com/wood-mackenzie-green-hydrogen-compete-cost/
https://hynet.co.uk/about/
https://idtechex.com/en/research-report/carbon-capture-utilization-and-storage-ccus-2021-2040/802
https://smartfutures.org.uk/ccus-market-set-for-growth/
https://www.hellonext.world/green-blue-and-grey-hydrogen-the-main-differences/
https://www.iea.org/energy-system/carbon-capture-utilisation-and-storage
https://www.theguardian.com/environment/2011/mar/18/carbon-capture-storage-technologies
Carbon Capture and Storage - A critical element of HyNet North West
CCUS Net Zero Investment Roadmap - Capturing carbon and a global opportunity
HM Government - UK Hydrogen Strategy
국가녹색기술연구소 - 영국의 CCUS 클러스터 개발 추진현황 및 정책적 시사점
※ 해당 게시물 내용은 기후변화센터의 공식 입장이 아닌, 작성자 개인의 의견임을 알려드립니다.