CCUS 개념과 중요성
탄소 포집·활용·저장 기술(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)은 탄소중립 사회로의 전환에서 핵심적인 역할을 수행하는 기술로 주목받고 있습니다. 이 기술은 산업 공정이나 에너지 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO₂)를 포집하고, 이를 다양한 방식으로 활용하거나 영구적으로 저장하는 일련의 과정을 포괄합니다. 단순히 배출량을 줄이는 것을 넘어, 이미 배출된 탄소를 다시 제거하는 수단이기 때문에 기후변화 대응에서 결정적인 수단으로 간주됩니다.
CCUS는 일반적으로 세 가지 핵심 단계로 나눌 수 있습니다. 첫째, 탄소 포집(Carbon Capture)은 발전소, 제철소, 시멘트 공장 등에서 나오는 배출가스에서 이산화탄소를 분리해내는 과정입니다. 주로 아민계 흡수제, 막 분리 기술, 냉각 응축법 등이 사용되며, 최근에는 직접 공기 포집(Direct Air Capture, DAC) 기술도 주목받고 있습니다. 둘째는 탄소 활용(Utilization) 단계로, 포집된 CO₂를 화학 소재, 인공연료, 탄산염, 농업용 비료 등으로 변환해 부가가치를 창출합니다. 셋째는 탄소 저장(Storage)으로, 사용되지 않은 CO₂를 지하 깊숙한 암석층이나 고갈된 유전 등에 영구적으로 저장해 대기 중 유출을 방지합니다.
CCUS는 특히 전통적인 화석연료 기반 산업에서 배출되는 막대한 양의 온실가스를 처리하는 데 매우 유효합니다. 예를 들어, 석탄화력발전소나 시멘트 제조업은 그 자체로 전기차나 재생에너지로 대체하기 어렵기 때문에, CCUS를 통한 탄소 감축이 필수적입니다. 또한 CCUS는 재생에너지로 대체하기 어려운 산업 부문의 ‘이행 기술’로서 중장기적 역할을 기대받고 있습니다. 특히 탄소세, 배출권 거래제 등 규제가 강화될수록 CCUS 기술을 보유한 기업은 경쟁력을 확보하게 됩니다.
2050 탄소중립 목표 달성을 위한 글로벌 시나리오에서도 CCUS는 반드시 필요한 기술로 언급됩니다. 국제에너지기구(IEA)는 2050년까지 전 세계 온실가스 감축 목표를 달성하기 위해서는 CCUS가 연간 75억 톤 이상의 CO₂를 제거해야 한다고 밝힌 바 있습니다. 이는 현재 전체 온실가스 배출량의 약 20%에 해당하는 수치입니다.
이처럼 CCUS는 기후변화 대응뿐 아니라, 새로운 산업 생태계를 창출하고, 국가 간 탄소중립 경쟁에서 핵심 전략으로 부상하고 있습니다. 기술이 성숙될수록 비용 효율성이 높아지고 있으며, 다양한 국가 및 기업들이 선점 경쟁에 나서고 있는 상황입니다.
기술 발전과 적용 사례
CCUS 기술은 지난 20여 년간 전 세계적으로 활발히 연구되며 상용화를 향한 빠른 진전을 보여주고 있습니다. 기본적으로 이 기술은 세 가지 범주로 나뉩니다. 첫째, 포집 기술(Carbon Capture)은 산업 배출가스 또는 대기 중의 CO₂를 효과적으로 분리·정제하는 과정입니다. 둘째, 활용 기술(Utilization)은 포집된 CO₂를 유용한 물질로 전환하거나 자원 회수에 활용하는 방식입니다. 셋째, 저장 기술(Storage)은 CO₂를 지하에 영구 저장하거나 해양에 격리하는 것을 의미합니다. 이 각각의 기술은 빠르게 진화하고 있으며, 실제 산업 현장에서 상용화되고 있습니다.
포집 기술의 경우, 기존에는 아민 흡수제가 주류였지만, 최근에는 저에너지 흡수제, 고온·고압 조건에서 작동하는 고체 흡착제, 금속유기골격체(MOF), 막 분리 공정 등 신기술이 다양하게 개발되고 있습니다. 특히 공기 중에서 이산화탄소를 직접 포집하는 DAC(Direct Air Capture)는 기술적 도전이 크지만, 궁극적인 탄소 네거티브(negative emissions)를 구현할 수 있는 전략 기술로 주목받고 있습니다. 이미 클라임웍스, 카본엔지니어링 같은 기업들은 DAC 플랜트를 상용화 단계로 끌어올리고 있습니다.
CO₂ 활용 분야도 기술 혁신이 활발합니다. 대표적으로 CCU(Carbon Capture and Utilization) 기술은 포집된 CO₂를 전기화학적 방식이나 화학 반응을 통해 메탄올, 폼산, 플라스틱, 합성연료 등으로 전환하거나, 건축자재, 콘크리트 강화재, 탄산칼슘 등의 형태로 활용할 수 있습니다. 탄산화 반응은 시멘트 생산 공정과 연계되어 건설업과 친환경 소재 시장에도 영향을 미치고 있으며, CO₂로 비료나 알게(algae) 기반 바이오매스를 생산하는 생물학적 활용도 확대되고 있습니다. 이처럼 'Carbon-to-X' 기술은 폐기물로 여겨지던 CO₂를 경제적 자산으로 재구성하는 데 기여하고 있습니다.
저장 기술은 포집된 CO₂를 지하 심부의 고갈 유전, 염수층, 석탄층 등에 주입하여 대기와의 접촉을 차단하는 방식입니다. 이 기술은 지질학적 안전성이 핵심으로, 주입 지점의 모니터링, 압력 제어, 누출 리스크 관리 기술이 병행되어야 합니다. 노르웨이의 ‘Sleipner 프로젝트’는 1996년부터 해저 염수층에 연간 100만 톤 이상의 CO₂를 저장해온 대표 사례이며, 이 프로젝트는 지질학적 저장 기술의 안정성과 장기 신뢰성을 증명한 바 있습니다.
글로벌 적용 사례로는 미국 텍사스의 'Petra Nova' 발전소가 있습니다. 이 시설은 석탄화력 발전소에서 포집한 CO₂를 유전으로 보내 EOR(Enhanced Oil Recovery) 방식으로 활용하며, 하루 4,000톤의 CO₂를 포집할 수 있도록 설계되었습니다. 또한 캐나다의 'Boundary Dam'은 석탄화력발전소와 CCUS를 결합한 최초의 상업 프로젝트로, 운영 초기부터 연간 100만 톤 수준의 CO₂를 안정적으로 포집하고 있습니다.
국내에서도 CCUS 기술 개발이 점차 본격화되고 있습니다. 한국가스공사는 광물탄산화 기술을 실증하고 있으며, 한국지질자원연구원은 동해가스전 부근의 해양 저장소 확보를 위한 실증 사업을 진행 중입니다. 포스코는 제철소 고로에서 발생하는 CO₂ 포집 실증 시설을 구축하고 있고, SK E&S, 현대오일뱅크, GS칼텍스 등은 석유화학 공정과 연계한 CCUS 파일럿 프로젝트를 추진하고 있습니다.
한편, CCUS 기술은 산업 간 융합을 촉진하며 새로운 비즈니스 모델을 만들고 있습니다. 철강, 시멘트, 화학 등 탄소집약 산업과 에너지 기업이 협력하여 포집 설비를 공동 구축하고, 이를 통해 확보한 CO₂를 건축자재 업체나 연료 합성 기업에 판매하는 방식이 대표적입니다. 또한 정부와 지자체는 지역 산업단지 단위의 CCUS 클러스터 조성을 추진하며, 포집-이송-저장 인프라를 하나의 통합 시스템으로 개발하고 있습니다.
기술 발전은 단순한 공정 최적화를 넘어서, 시스템적 접근이 강화되고 있습니다. CO₂ 배출량 예측 시스템, 포집 및 저장 최적화 시뮬레이션, 경제성 평가 도구, 라이프사이클 분석(LCA), 탄소 배출권 연계 등 다양한 디지털 솔루션도 병행되어야 하며, 이러한 통합 기술은 글로벌 기술 표준화에서도 중요한 경쟁 요소가 되고 있습니다.
시장 성장과 산업 전망
CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술은 기후변화 대응을 위한 세계적인 탄소중립 정책의 중심축으로 부상하면서, 빠른 시장 성장세를 보이고 있습니다. 글로벌 시장조사기관 MarketsandMarkets에 따르면 2022년 기준 약 25억 달러였던 CCUS 시장은 2030년까지 약 100억 달러 규모로 성장할 것으로 예측되며, 연평균 20%에 가까운 고성장이 예상됩니다. 탄소 배출 규제가 강화되고, 에너지 전환과 산업 재편이 가속화되면서 CCUS는 선택이 아닌 필수로 자리 잡고 있는 셈입니다.
특히 미국, 유럽연합(EU), 중국, 한국 등 주요국들은 국가 차원의 전략을 수립해 대규모 투자에 나서고 있습니다. 미국은 '인플레이션 감축법(IRA)'를 통해 CCUS 프로젝트에 세액공제를 제공하고 있으며, 연방 정부는 향후 10년간 CCUS와 관련된 기술개발 및 인프라 구축에 수십억 달러를 투입할 계획입니다. 유럽연합은 'Green Deal'의 일환으로 CCUS를 탄소중립 달성을 위한 핵심 수단으로 규정하고, 2030년까지 대규모 저장 허브 및 수송 네트워크를 구축하려는 전략을 마련 중입니다.
중국은 2060 탄소중립 목표 달성을 위해 CCUS 시범 사업을 확대 중이며, 특히 석탄 중심 산업구조에서의 전환을 위한 중간 기술로 CCUS를 중점 육성하고 있습니다. 한국 역시 '2050 탄소중립 시나리오'와 연계해 2030년까지 연간 1,000만 톤 이상의 탄소를 포집·활용·저장할 수 있는 인프라를 확보하는 것을 목표로 하고 있으며, CCUS 산업 생태계 조성을 위한 로드맵과 기술개발 전략을 병행하고 있습니다.
기업 측면에서도 CCUS는 매력적인 장기 투자처로 각광받고 있습니다. 엑슨모빌(ExxonMobil)은 향후 10년간 CCUS 분야에 100억 달러 이상을 투입할 계획을 밝힌 바 있으며, 쉘(Shell), BP, 토탈에너지 등 글로벌 에너지 메이저들도 CCUS를 핵심 전환 기술로 보고 대규모 실증 사업을 추진 중입니다. 스타트업 생태계도 빠르게 성장하고 있으며, 스위스의 클라임웍스(Climeworks), 영국의 카본클린(Carbon Clean), 미국의 글로벌 써모스탯(Global Thermostat) 등은 이미 유니콘 기업으로 성장하며 기술 상용화를 주도하고 있습니다.
산업 생태계도 다층적으로 확장되고 있습니다. 포집 기술을 개발하는 엔지니어링 회사, 이송을 위한 CO₂ 전용 배관망 건설사, 지하 저장소 운영자, 활용 기술 기반의 화학·소재 기업 등이 유기적으로 연결되며 하나의 산업 클러스터를 형성하고 있습니다. 여기에 탄소 저감 인증, 블록체인 기반 탄소 이력 추적 시스템, CCUS 전용 금융 상품, 배출권 연계 시스템 등도 함께 발전하며, 금융, IT, ESG 컨설팅 산업까지 CCUS 생태계에 참여하고 있습니다.
특히 최근에는 'Carbon-as-a-Service' 모델이 부상하고 있습니다. 이는 기업들이 CCUS 기술을 직접 구축하지 않고, 전문 CCUS 플랫폼에 탄소 감축 목표량을 위탁하고 서비스로 이용하는 구조로, SaaS(Software-as-a-Service)와 유사한 개념입니다. 이러한 모델은 초기 투자 부담을 줄이고, 중소기업이나 이행 여력이 부족한 기관들이 CCUS에 참여할 수 있도록 유도하며, 시장 확대에 긍정적 역할을 하고 있습니다.
그러나 이러한 성장세에도 불구하고 해결해야 할 과제도 존재합니다. 첫째는 기술적 경제성입니다. 포집 단가, 운송 비용, 저장 비용 등 전체 CCUS 밸류체인에서 비용이 여전히 높다는 점이 상용화를 제약하고 있으며, 기술 고도화와 정부의 인센티브가 병행되어야 합니다. 둘째는 사회적 수용성 문제입니다. 일부 지역에서는 CO₂ 저장소에 대한 주민 반발이나 안전성 논란이 존재하며, 이에 대한 과학적 검증과 투명한 커뮤니케이션이 필수입니다.
마지막으로 CCUS는 단순한 환경 기술이 아닌, 국가 에너지 전략, 산업 경쟁력, 기술 주권, ESG 경영 등 다양한 전략 축과 연결됩니다. 미래에는 CCUS 기술 보유 여부가 국가 간 수출 경쟁력, 국제무역의 기준이 될 수도 있으며, 글로벌 공급망 재편에서도 탄소중립 이행 기술의 핵심으로 기능할 것입니다.