CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 2013년 10월 30일인쇄 2013년 11월 1일발행 발행인 박영서지은이 임대현펴낸곳 한국과학기술정보연구원정보분석연구소주소 ( 분원 ) 서울특별시동대문구회기로 66 주소 ( 본원 ) 대전광역

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1 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 임대현한국과학기술정보연구원기술사업화분석실 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:33

2 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 2013년 10월 30일인쇄 2013년 11월 1일발행 발행인 박영서지은이 임대현펴낸곳 한국과학기술정보연구원정보분석연구소주소 ( 분원 ) 서울특별시동대문구회기로 66 주소 ( 본원 ) 대전광역시유성구대학로 245 전화 팩스 ISBN ㆍ이책은저작권법에따라보호받는저작물이므로무단전재와무단복제를금지하며, 이책내용의전부또는일부를이용하려면반드시저작권자와한국과학기술정보연구원의서면동의를받아야합니다. ㆍ이글의내용은필자의견해이며, 한국과학기술정보연구원의공식적인의견이아님을밝힘니다. CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:34

3 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 차례 다가오는재앙, 지구온난화와 CCS의역할 05 CCS란무엇인가? 15 CCS 시장상황 35 세계대형 CCS프로젝트추진현황 41 우리나라의 CCS 61 맺음말 67 참고문헌 70 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:34

4 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:34

5 정보분석보고서 다가오는재앙, 지구온난화와 CCS 의역할 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:34

6 다가오는재앙, 지구온난화와 CCS 의역할 지구온난화와이산화탄소 IPCC 1) 의 2007년 4차보고서에의하면 1906~2005년간세계의기온은 0.74 상승한것으로나타났는데이는 2001년의 3차보고서에서나타난 1901~2000년간 0.6 상승 이라는내용을상회한것으로 기후시스템의온난화는의심의여지가없다 라고할수있다 2). 또한, IPCC에서는온실가스배출량에따라 2100년까지지구의평균기온이 1.1~6.4 까지상승할것으로예상했는데, 현재진행되고있는각국의온실가스감소정책을고려해볼때 6 수준으로온도가상승할확률이더높은것으로추정되고있다. 3) 지구온난화는해수면증가, 홍수등의이상기후의빈발, 생물종의변화등에의해서농작물의피해및산업생산력감소등의경제적손실로이어져, 경제성장에악영향을미칠것으로예상되고있다. 일부개도국에서는기온 1 상승에경제성장율이 1.3% 씩감소될것으로도추정하고있다. 4) 1) 기후변화에관한정부간패널 (Intergovernmental Panel on Climate Change : 지구온난화대책마련을위한 UN의산하조직 ) 2) Pachauri, R.K and Reisinger, Climate change 2007: Synthesis Report, IPCC, ) World Energy Outlook 2011, IEA 4) 사실지구가생물이생존하기적합한기온을유지할수있었던것은본보고서에서지구온난화의주범으로몰리고있는대기중온실가스의덕이다. 만약온실효과가없다면영하 18 의얼어붙은지구다되었을것이다. 그러나산업혁명이후급속한대기중온실가스농도증가로인해여러가지문제가발생하고있는것이다. CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:34

7 그림 1-1 지구온난화메커니즘 5) 1. 태양에서지구로오는빛에너지중에서약 34% 는구름이나먼지등에의해반사되고, 지표면에는 44% 정도만도달함 2. 지구는태양으로부터받은이에너지를파장이긴적외선으로방출하는데, 이산화탄소등의온실가스가적외선파장의일부를흡수함 ( 적외선을흡수한이산화탄소내의탄소분자는들뜬상태가되고, 안정상태를유지하기위해에너지를방출하는데, 이에너지로인해지구가따뜻하게되는것임 ) 실제로지구의지표면의눈은 1960년대이래로약 10% 감소하였고, 특히북반구에서는봄 여름기간의빙하가 1950년이래로 10~15% 감소하였다. 빙하가녹으면서지난 20세기동안해수면은약 17cm 가량상승, 지난 10년간 3.1mm 높아지면서해수면의상승속도가지난세기대비 2배가량가속화되고있음을알수있다. 해수면상승으로고도가낮은 ( 해발최고 4m인 ) 투발루는국토의대부분이침수되었으며키리바시공화국의섬 2개가 1999년이미지도상에서사라졌다. 5)6) 그림 1-2 지구온난화의영향 6) 5) 한국이산화탄소포집및처리연구개발센터, 2012 더워지는지구그원인과대책, ) 북극빙하해빙에의하여북극곰의생존이위협받고있으며, 해수면증가로인하여투발루는국토가침수되고있다. ( 출처 : MBC, 북극의눈물, 2008 / 다가오는재앙, 지구온난화와 CCS 의역할 07 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:34

8 이러한지구온난화에의한피해는우리에게도현실화되고있다. 최근 30년간기온은 0.7도상승하였고, 연평균강수량은 200mm이상증가하였다. 7) 그림 1-3 우리나라의해수면연간상승율 7) 해수면상승에있어서는과거 46년간의해수면높이측정자료를분석한결과제주부근 5.1mm, 남해안 3.4mm 해수면이상승하였으며특히지난 10 년간의해수면상승속도가이전의상승속도대비 2배이상빨라진것으로나타났다. 기상청이발표한 한반도기후변화전망보고서 에따르면, 2100년서울의열대야일수는 72일로늘어날것으로나타났다. 열대야는일일최고기온이 30도이상인한여름의밤최저기온이 25도이상일경우를말한다. 2001~2010년까지서울의열대야가평균 8.2일인점을감안하면 9배가까이증가하는셈이다. 이미아열대성기후로접어들었다고분류되는제주도도 2100년 65.8일로전망되어서울의열대야가훨씬많다. 이밖에부산은 72.3일, 광주 68.6일, 대구 60.5일등 2100년이되면전국적으로열대야발생률이현재보다평균 14배이상증가할것으로전망된다. 10년이지날때마다 8.06일씩열대야가늘어난다는말이다. 7) 한국이산화탄소포집및처리연구개발센터, 2012 더워지는지구그원인과대책, 2012 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:35

9 그림 세기한반도아열대기후구변화전망 8) 기상청은이처럼급격한열대야증가현상의주범으로대기중온실가스증가를꼽았다. 2012년미국해양대기청 (NOAA) 은대기중이산화탄소농도가 400ppm을넘어인류역사상최고치를경신했다고발표하였기에열대야, 폭염등이상고온현상은더욱가속화될것으로보인다. 더군다나이는온실가스만고려한결과로, 다른요소가함께작용하면열대야나폭염현상은더심각한수준에다다를것으로예측된다. 8) 전문가에따르면, 앞으로 100년동안우리나라의평균기온은 5.3도상승할것으로전망됐는데, 지난 100년사이 1.8도상승한것과비교했을때속도가 3배이상빠르며이런속도라면 2100년의서울은 1년중반은여름이고, 제주도를비롯한남쪽지방은아예겨울이없어질수도있을것이다. 9) 이러한기후의변화원인으로는자연적인요인과인위적인요인을들수가있다. 지구환경을이루고있는대기, 해양, 육지의상호작용과화산폭발이나, 태양활동의변화에의한것으로지구생성이후상존하는자연적인요인은인간이어찌할수없는것이다. 반면인위적인요인은산업활동, 산림파괴, 도시화등인간의활동에의해발생하는온실가스에의한것이다. 온실가스는대기중에존재하면서지구에들어왔다반사되는장파장의태양에너지 ( 적외선 ) 이우주로나아가는것을막아대기의온도를상승시키는작용 8) 기상청, 한반도기후변화전망보고서, ) 더사이언스 ) 다가오는재앙, 지구온난화와 CCS 의역할 09 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:35

10 을하는것이다. 온실가스의하나인 CO₂는자연적인상태에서대기중 1% 를차자히고있어지구가차가워지지않도록하는효과를가지고있었으나, 산업화이후과다한온실가스의배출로자구온난화의문제가발생한것이다. 교토의정서 10) 에서정한주요온실가스는화석연료의사용및산업활동에발생되는이산화탄소 (CO₂), 메탄 (CH4), 아산화질소 (N2O), 과불화탄소 (PFCs), 수불화탄소 (HFCs), 육불화황 (SF6) 이다. 11) 표 1-1 주요온실가스의특성 11) 종류지구온난화지수 * 1998년이후증감량주요배출원인주요특성 CO₂ 1 13% 연료사용 / 산업공정 CH4 21 na 폐기물 / 농업 / 축산 온실가스기여도 50% 에너지원, 공정배출원 발생원광범위, 포집이어려움 N2O % 증가산업공정 / 비료사용시발생원광범위 PFCs 140 ~ 11,700 na 반도체제조시 화학적으로안정적, 분해가어려움 HFCs 6,500 ~ 9, ~349% 반도체세정용, 냉매, 발포제사용시배출 발생원이명확, 빠른증가세 SF6 23,900 36% 자동차생산공정현재처리기술미확립 * 지구온난화지수 (GWP : Global Warming Potential) : 이산화탄소가지구온난화에미치는영향을기준 (=1) 으로각각의온실가스가지구온난화에기여하는정도를수치로표현한것 이산화탄소가온실효과에미치는영향이가장큰이유는대기중에서열에너지를저장하는능력이뛰어나서가아니다. 온실기체로서이산화탄소는같은농도의메탄과비교해보았을때 1/20 정도로온실효과에미치는영향이약하지만, 다른온실기체에비해대기의성분중에차지하는절대량이많기때문이다. 실제우리나라의경우 CO₂기준으로환산한온실가스배출량을보면전체 백만톤 CO₂eq/yr 중 CO₂는차지하는비율은 595.9백만톤 CO₂eq/yr으로 89.1% 를차지하고있다 12). 이에따라세계각국은 CO₂저감을 10) 1992년 6월리우유엔환경회의에서채택된기후변화협약 (UNFCCC) 을이행하기위해 97년만들어진국가간이행협약 11) 한국가스공사 ( 기후변화정보센터 ( climate.go.kr/), 기상청자료를근거로편집 12) 온실가스종합정보센터 ( CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:35

11 중심으로한온실가스대책에힘쓰고있는것이다. 표 1-2 연료사용에의한 CO₂ 배출 TOP 10 국가 13) ( 단위 : 백만톤 ) 국가 / 연도 국가별비율 (2010 년 ) 세계 23,509 24,076 26,379 28,084 29,483 30, % 중국 % 미국 % 인도 % 러시아 % 일본 % 독일 % 한국 % 캐나다 % 이란 % 영국 % IEA의자료를보면우리나라는온실가스배출순위가 2000년의세계 9위에서캐나다와영국을뒤로하고 2010년세계 7위로상승되었다. 이는 10년사이 29% 가증가한수치로중국이나인도와같은신흥국의성장세와배출량과는비교할바가못되지만, 미국, 독일등선진국의배출량이감소경향에있는것을보면, 상당히높은수치라할수있다. 13) 지구온난화에대응하는 CCS의역할산업화에의한화석연료의사용은온실가스인이산화탄소의배출로이어져, 1960년대초 300ppm정도였던대기중이산화탄소농도가최근약 400ppm에이르고있어지구온난화를나타내고있는상태이다. 그러나, 2011년화석연료에의한이산화탄소배출량은 31.6Gt으로 2010년도에비해 1.0Gt 증가한양으로각국의이산화탄소배출저감노력에도불구하고계속증가하고있는추세이다. 14) (2011년도 CO₂ 배출량중에너지원별 13) IEA, CO₂ Emissions From Fuel Combustion: Highlights (2011 edition): Excel spreadsheet 14) World Energy Outlook 2011, IEA 다가오는재앙, 지구온난화와 CCS 의역할 011 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:35

12 배출량 : 석탄 45%, 석유 35%, 천연가스 20%) CO₂배출감소를위해국제에너지기구 (IEA) 에서는 3가지시나리오를설정했는데지구평균기온을 2050년에 2009년대비 2 상승을목표로하는 2DS에의거하여각국이노력할것을주장하였다. 15)16) 표 1-3 CO₂ 저감시나리오 (Energy Technology Perspectives 2012, IEA) 16) 시나리오 6DS (6 C Scenario) 4DS (4 C Scenario) 2DS (2 C Scenario) 개요 현재와비슷한에너지시스템유지 ( 화석연료에의지, CCS기술미적용등 ) 시 2050년에 2009년대비 6 C 증가하는시나리오 2050년에에너지사용약 70% 증가, 전력사용 19~24% 증가, 온실가스 2배증가 ETP 2010의 Baseline 시나리오, WEO 2011의 Current Policy 시나리오 와유사 각국이온실가스감축공약을이행하고효율향상등의노력을기울일때 2050 년에 2009 년대비 4 C 증가하는시나리오를의미 2050 년에에너지사용약 60% 증가, 전력에서신재생에너지 35% 로확대, 온실가스 27% 증가 WEO 2011 의 New Policy 시나리오 와유사 (ETP 2010 에서는이시나리오에상응하는시나리오가없음 ) 에너지시스템의전반적개혁 ( 전력의탈탄소화, 경제구조변화 ) 을통해서 2050 년에 2009 년대비 2 C 증가하는시나리오를의미 2050 년에에너지사용약 40% 증가, 전력에서신재생에너지 50% 이상확대, 온실가스 50% 감소 ETP 2010 의 BlueMAP 시나리오, WEO 2011 의 450 시나리오 와유사 * WEO : World Energy Outlook, 세계에너지전망 * Baseline 시나리오 : 환경보존을위한새로운정책이도입되지않을경우, 사회경제적추세와결합해초래되는결과를예측한시나리오 (Current Policy 시나리오역시현재정책을유지할경우의시나리오 ) * New Policy 시나리오 : 각국이이행하기로한온실가스관련정책을이행할경우의사나리오 * BlueMAP 시나리오 : 2050 년까지온실가스를 2007 년대비 50% 줄이는시나리오 * 450 시나리오 : 장기적으로 CO₂ 농도를 450ppm 에안정화하여기온상승을 2 C 이하로제한하는시나리오 IEA에서는 CO₂에대한별도의조치가없으면 CO₂ 발생량은 2009년 31.5Gt에서 2050년에는 58Gt으로증가할것으로보고, 2DS의목표치인 16Gt까지감축하기위해서는 CCS(Carbon Capture and Storage; 탄소포집및저장 ) 를통해약 7Gt(17%) 를감축해야것으로예상하고있다. CCS이외에도신재생에너지사용증대, 연료효율강화등의노력을할수있으나, 기존의주요발전연료로서의석탄과, 셰일가스의등장에따라경쟁력을 15) Energy Technology Perspectives 2012, IEA 16) Global ET-(IEA) ETP 2012 발표, 한국에너지기술평가원, 2012에서재인용 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:35

13 가지게된천연가스는 2050년에도주요연료로활용될것으로예상되는바, 발전부문과산업부문 ( 철강, 시멘트등 ) 에서의 CCS의중요성이강조되고있다. CCS가다른기술에비해아래의두가지가우수한것으로인정되고있다. 첫째, 현재기술수준상황에서단기적으로실행가능한기술이다. CCS의기술 ( 포집, 수송, 저장 ) 은이미기존산업에서사용되어왔던기술로, 플랜트건설과운전경험이축적되어있어실제적용의리스크가적다. 실제 amine이나암모니아를이용한 CO₂제거공정은천연가스액화공정에서산성가스제거에사용된기술이며, 순산소연소기술의경우, 연소효율개선이나, 특수금속용해등의목적으로상용화가된기술이다. 둘째 CCS기술은화석에너지를다량소비하는기존에너지체계에서발생되는 CO₂를대량으로처리기능하며그처리량을정량적으로평가가능한현실적기술대안이다. 17) 그림 1-5 2DS 를위한기술별 CO₂ 감축목표 * 기술별 % 는 2050 년까지의누적배출감축비율, 괄호내 % 는 2050 년의배출감축비율 17) 한종훈, 임영섭, 국내외 CCS 추진현황및전망, 그린에너지기술저널, vol.2, no.3, 다가오는재앙, 지구온난화와 CCS 의역할 013 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:35

14 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:35

15 정보분석보고서 CCS 란무엇인가? CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:35

16 CCS 란무엇인가? 기술정의 CCS(Carbon Capture and Storage, 이산화탄소포집, 저장 ) 는발전소나, 대형산업시설에서연료의연소에의한 CO₂를포집한후압축 수송과정을거쳐육상또는해양지중에안전하게저장하거나유용한물질로전환하는일련의과정으로정의 18) 되고있다. 19) 그림 2-1 CCS 개념도 19) 18) 국가 CCS 종합추진계획, 교육과학기술부외, ) CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:35

17 그림 2-2 CCS 의단계별기술흐름 20) CO₂의배출원으로는다음의네가지를들수있다. Natural Gas Processing Plant : 전세계적으로채굴되는천연가스의절반정도는 CO₂를 4%( 부피 ) 이상함유하고있다. 천연가스내의 CO₂ 포집기술은 Natural Gas Sweetening으로 CCS중에서는가장저렴한기술의하나이다. Heavy industries : 제철, 시멘트, 제지, 석유정제산업등중공업에서발생되는 CO₂는인공적으로발생되는양의 17% 정도를차지하는데, 연소후포집또는순산소연소등고가의기술에의해제거하여야한다. Industrial hydrogen : 석탄가스화, 바이오매스가스화, 수증기메탄개질에의해수소가스를생산하는공정으로, 이때발생되는고농도의 CO₂ 는연소전포집에의해포집할수있다. Power Generation : 인위적인 CO₂발생의 30% 정도는화력발전에서발생한다. 이때발생되는대량의 CO₂는연소후포집에의해주로제거하지만, 공정에따라연소전포집이나순산소연소에의해 CO₂를포집할수있다. 20) 20) Carbon Capture and Storage-Bringing Carbon Capture and Storage to Market, SBC Energy Institute, 2012 CCS 란무엇인가? 017 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:36

18 이산화탄소포집이산화탄소를포집할때에는연료나, 연소시의배출가스로부터분리하여 CO₂를고농도로농축해야한다. 이러한농축기술 ( 이산화탄소포집기술 ) 에는다음과같은기술이있다. 연소후포집 (post-combustion capture) 연소전포집 (pre-combustion capture) 순산소연소 (oxy-combustion capture) 21) 그림 2-3 이산화탄소포집기술 21) 연소후포집 (post-combustion capture) CO₂ 포집기술중연소후포집은상용화에가장근접해있고발전소등에이미설치된배기가스처리설비의개량 (retrofit) 을통하여쉽게적용이가능한기술이라할수있다. 21) SBC Energy Institute, Carbon Capture and Storage, 2012 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:36

19 화석연료의연소에의해배출되는배가스중에는약 3 ~ 25% 의이산화탄소가포함되어있다. 온실가스를가장많이배출하는석탄화력발전소배출배가스 ( 약 15% 전후의이산화탄소포함 ) 에서이산화탄소를포집하는설비의상용화는더디지만, 이산화탄소포집기술자체는이미 1930년대부터천연가스정제, 식품및화학공정에사용되어온오래된기술이다. 1940년대에고압 ( 약 1,500 Psia) 에서이산화탄소를분리하기위한물리흡수제가개발되었으며, 1970년대와 1980년대에이산화탄소분리를위한가스분리막이개발되었다. 그러나이러한공정은환경적측면보다는제품의순도를높이는의미에서개발되었다. 따라서대규모의온실가스를처리해야만되는현실에서는비용, scale-up 문제가대두되어있는상태이다. 흡수기술은액체흡수제또는고체인흡착제를배가스중의이산화탄소를결합시킨후흡수제재생을통해이산화탄소를분리해내는기술이다. 22) 그림 2-4 이산화탄소흡수 ( 흡착 ) 기술개요 22) 가장많이상용화된흡수제는아민계로, 이방법은유기용매와 CO₂의화학반응을이용하는것으로먼저연소후배출가스에포함된 CO₂를 30% 이하로희석된에탄올아민 (MEA : mono ethanol amine) 등의수용액용매 ( 흡수제 ) 와결합시킨후, CO₂를흡수한용매를가열하여고농도의 CO₂를분리해내고 22) SBC Energy Institute, Carbon Capture and Storage, 2012 CCS 란무엇인가? 019 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:36

20 흡수제를재생시킨다. 현재 CO₂의회수에적합한새로운용매의개량, 발견, 시험의대처가진행되고있다. 또한흡수제를반복사용함으로써 CO₂의회수능력이저하되는문제에대해서도추가연구가진행되고있다. 그림 2-5 아민계흡수공정개요및반응식 23) 23) 또한, 생석회 ( 산화칼슘, CaO) 와 CO₂의화학반응을사용하는방법도있다. 이경우에도소성및탄산화를여러번수행하여반응성이저하하기때문에생석회가반복적으로 CO₂를흡수할수있도록하는연구가진행되고있다. 이방법은저렴한천연석회석을이용할수있다는장점이있지만, 대규모플랜트에적용을위해서는추가연구가필요하다. 그외막 (membrane) 을이용하여 CO₂를분리하는기술도있는데이기술은고농도의 CO₂의저유량배기가스에적용가능한기술로평가되고있다. 포집기술자체로는발전소에서배출되는 CO₂의 85~95% 를회수할수있다. 그러나 CO₂를포집하는것자체에에너지를사용해야만하므로 CO₂ 포집장치를설치한발전소는그렇지않은발전소보다에너지소비량이 10~40% 많아진다. 이문제를고려하면 CCS기술을통해실현되는 CO₂ 배출량의삭감 23) 장경룡, 연소후포집기술및기술개발동향, 한국전력, 2011 년 Korea CCS conference 자료 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:36

21 능력은 80~90% 정도가되는것으로평가되고있어, 필요에너지감축을통한저비용포집기술개발이활발히연구되고있다. 그림 2-6 기존발전시설에설치하는연소후포집공정개요도 24) 24) 연소전포집 (pre-combustion capture) 석탄의가스화 (gasification) 또는천연가스의개질반응 (reforming) 을배출된합성가스 ( 주로 CO, CO₂, H₂) 를 CO를물 (H₂O) 와접촉시켜 CO₂로전환후 CO₂와 H₂를분리하는기술이다. 25) 그림 2-7 연소전포집공정의반응개요 25) 24) 25) 백일현, 연소전포집기술의개념및전망, 에너지기술연구원, 2011년 Korea CCS conference 자료 CCS 란무엇인가? 021 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:36

22 석탄가스복합발전 (IGCC, Integrated gasification combined cycle) 에적용가능한연소전포집기술은고농도의이산화탄소를고압 (20~60 atm) 에서포집하고저압에서회수하기때문에이산화탄소분리시에너지소비가낮아이산화탄소분리비용을크게줄일수있다는장점을가지고있다. 또한분리된 H₂는연료전지에사용할수있기때문에발전소전체의에너지효율이크게향상된다. 가스화기술의개량도, 연소전회수비용절감으로이어진다. 합성가스에포함된 CO₂는연소후배기가스에포함된것보다훨씬농도가높은상태에있기때문에연소전에 CO₂를회수하는것이연소후회수하는것보다비용을절감할수있다. 그러나연소전회수설비의자본비용을인하하기위해추가연구가필요하다. 26) 그림 2-8 기존발전시설에설치하는연소전포집공정개요도 26) 순산소연소 (oxy-combustion capture) 산소의농도가 21% 정도인공기대신순산소를사용하여연소시키면, 일반공기를연소시킬때보다배기가스의 CO₂농도가높아지는것을이용하는공정 26) CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:36

23 이다. 공기연소의경우투입되는공기중 78% 정도가질소가스 (N₂) 인데이를제거하여연소시키므로, 열효율이높으며, 배가스가대부분이산화탄소와수증기로이루어져있으므로수증기를응축하여제거하면고농도의 CO₂를포집할수있다는장점이있다. 27) 그림 2-9 기존발전시설에설치하는순산소연소공정개요도 27) 최근에들어공기분리에따른산소제조비용이저감되면서강재가열로와같은철강산업과유리및비철금속용해로등으로그적용처가확장되고있으며, 발전분야에서도이산화탄소배출문제해결을위한미래기술로이에대한연구가활발히진행되고있다. 순산소연소방식을가열로 (furnace) 에적용하게되면생산성의증가와연료절감및품질향상을동시에달성할수있으며, 발전소에적용하는경우에는이산화탄소저감효과가매우크다. 일반적으로수증기를응축한후의전체배가스중이산화탄소농도가 80~98% 로압축되어순산소연소공정의이산화탄소회수율은거의 100% 에달한다. 이공정은발전소에서적용되지않았던기술이나사업화를위한프로젝트가진행중이다. 스웨덴의 Vattenfall사는 2008년에순산소연소공정이장착 27) CCS 란무엇인가? 023 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:37

24 된 30MWth급석탄발전 Pilot plant를건설하여실증실험을실시한후 2015 년 250MW급의플랜트건설착수 ( 독일 J nschwalde) 를목표로연구개발을추진중에있다. 또한중국의 China Datang Corporation와프랑스의 Alstom은 Daquing 에 350MW급순산소연소플랜트건설을위한타당성검토를진행중이며, 최종적인투자결정은 2015년에내릴예정이다. 28) 또한호주뉴캐슬대학연구팀은 290,000달러 ( 한화 3억 2482만원 ) 자금을따내발전소의 CO₂ 배출량을 90% 까지저감가능한 CCS 기술에관한연구활동을지속할예정이다. 해당프로젝트는호주저배출석탄연구개발 (Australian Low Emission Coal R&D) 의자금지원하에순산소연료기술을연구하고있다. 이번테스트는세계최초로순산소연료설비를완전히갖춘퀸즐랜드주의 Callide 발전소에서진행될예정이다. 이에앞서 Peabody 사의 CEO는호주의 CO₂ 포집저장역량강화의중요성을강조해왔다. 기존의석탄화력발전소에 CCS와같은청정기술을적용할경우호주전체 CO₂ 배출량의 10~15% 를줄일수있다고설명했다. 향후늘어나는전력생산량의절반을초임계석탄화력기술로생산하고 CCS 기술상용화와석탄전환기술보급을실현해야한다는것이다. 29) 이산화탄소수송 CO₂의대규모발생원은저장사이트의바로위에있는경우가이상적이지만, 수백 ~ 수천km 떨어져있으므로포집된 CO₂를저장소까지운반할필요가있다. 파이프라인, 선박, 철도및탱크로리를통해서 CO₂를수송할수있다. 28) 29) CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:37

25 그림 2-10 이산화탄소수송개요도 파이프라인에의한수송파이프라인에의한고압의기체또는액체의수송은이미이용되고있는수단으로그신뢰성이높은기술이지만이산화탄소수송을위한별도의파이프라인을건설해야만하는부담이있다. 기술적으로충분히검증된천연가스파이프라인과비슷한설비를사용하여 100~150기압의고압으로초임계 30) 상태로압축된 CO₂를수송한다. 압축에따라 CO₂의온도가상승하기때문에운송전에냉각할필요가있다. 미국의경우이미 5,000km의파이프라인이건설되어있으며유럽의경우도파이프라인이가장선호되고있는방식이다. 이방식에서가장중요한기술적과제는수송도중파이프라인에서의 CO₂누출방지로, 실제건설시주변의거주자들이가장우려하는사항이기도하다. 선박수송액화 CO₂ 수송수단으로서선박을이용한방법으로유럽에서는소량의 CO₂ 운반에이용되고있다. 대량의 CO₂ 운반에는이미상용화된액화석유가스 (LPG) 선박의기술이사용될것으로예상된다. 그러나이방식은파이프라인보다선호도가낮으며, 수송량이많아질경우경제성이떨어질수있다. 30) 액체는압력을높이면끓는점도높아지지만, 온도를상승시켜나가면압력을높여도더이상액체로존재할수없게되는점, 즉임계점에이른다. 임계점을넘은물질은 초임계유체 라고한다. CCS 란무엇인가? 025 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:37

26 단, CO₂ 저장을해양의지중에할경우는, 7000km 이내거리에서는경제적 으로타당한것으로판단되고있다. 31) 철도및탱크로리에의한수송철도및탱크로리는음료용 CO₂ 수송수단으로이미이용되고있지만, 운반비용이파이프라인이나선박에비해커서대규모수송수단으로는적합하지않다. 이산화탄소저장 CCS 공정의마지막은포집된이산화탄소를안정되게저장하는것이다. 저장의장소에따라해양저장, 광물저장, 지중저장이있을수있다. 심해에이산화탄소를주입하여해수에용해또는수화시켜저장하는해양저장의경우, 기술적으로는주입깊이에따라주입된 CO₂ 중 65~100 % 정도가 100년간, 30~85% 정도가 500년동안유지할수있다. 그러나이방법은주입된 CO₂의일부가서서히바닷물에용해되어산도를높이는가능성으로인해해양생태계에악영향을미칠수있다. 이에폐기물의해양투기를금지하는국제협약인런던협약에의하여현재적용이불가능하다. 광물저장은이산화탄소의탄산염화특징을이용한것으로, 마그네슘또는칼슘을함유한광물과이산화탄소를반응시켜탄산염광물을만들어고체화하여저장하는방법이다. 그러나느린반응속도및저장용량확보등의문제로연구단계에있다. 현재실질적으로적용중인기술은지중저장기술로써, 내륙또는해저의심부 32) 지하지층내에있는적합한공간에이산화탄소를주입, 고착또는용해시키는것을의미한다. 31) Frost&Sullivan, Market Opportunities for Carbon Capture and Storage, ) 런던협약에의해해양에저장하는방식은금지되었으나, CO₂의격리에대한요구가높아지자, 2006년런던협약의정서 1차당사국회의에서는 CCS에의한 CO₂를저장하는해양지중저장은가능하도록합의하였다. CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:37

27 지중저장혹은해양지중저장 ( 바다밑지중에저장 ) 의경우다음의 5 가지기 본조건이충족되어야한다. 1 수백년또는수천년동안저장이가능하여야함 2 수송비용을포함하여저장비용이최소화되어야함 3 CO₂ 누출사고의위험이없어야함 4 환경영향이최소화되어야함 5 저장방법이국가또는국제적법규에위배되지않아야함 지중저장을위해적합한저장소는공극을지닌암석층과저장된이산화탄소가대기중으로다시방출되지않도록하기위한덮개암이존재하는지층구조를가지고있어야한다. 압력에따라초임계상태에근접하여밀도가급격히증가하는이산화탄소의특성을감안하여지하 800m 이상의깊이를가진공간이적합하며폐유전, 폐가스전, 염대수층, 폐석탄층등이적합한저장후보지로꼽힐수있다. 지중저장은현재검토되고있는저장기술중에서도선호도가높다. 환경리스크가작다는점, 대량의 CO₂를장기적으로저장가능한점, 채굴된석유와천연가스전을이용할수있는점으로선호도가높다. 기술적으로지중에저장가능한 CO₂의양은지구전체를합하면 2,000G 톤이상이다. 기후변화에관한정부간패널 (Intergovernmental Panel on Climate Change : IPCC) 의추정에따르면주입된 CO₂의 99 % 가 1,000 년이상유지될가능성이높다고한다. CO₂가바위에포함된광물과반응하거나분해되기때문이다. 현재유력한지중저장기술은 CO₂-EOR(Enhanced Oil Recovery) 33) 이다. 33) EOR은유전에남아있는원유를추가탐사비용없이새로운기술을이용하여생산하는것이다. 처음유전을발견하게되면유전의내부압력으로인해원유를생산하고 (1차생산 ), 이후유전내부압력이소진되면유전에물을주입하는수공법 (Water Flooding) 으로원유를생산한다 (2차생산 ). 이렇게 1차, 2차생산을통해유전에존재하는원유를최대 50% 까지생산할수있다. 이렇게유전에남아있는원유를추가생산할수있는것이 EOR 기술이다. 이러한 EOR에는 Polymer, Surfactant와같은 Chemical을이용한 Chemical EOR 방법, CO₂와같은 Gas를주입하는 Gas EOR 방법, 유전에열에너지를가하는 Thermal EOR 방법등이있다. CCS 란무엇인가? 027 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:37

28 이기술은이름그대로 CO₂의주입함으로서고갈되기시작한유전의암석의미세한틈에남겨진원유나가스를강제배출시킴으로서원유회수의생산성을높이기위한기술이다. 그런데주입된 CO₂의 30~40% 정도가원유와함께나오지않고지하에머물기때문에 CO₂를저장할수있다는데착안하여이산화탄소저장기술로불리게된것이다. 이기술은이미유전에서 30여년의상업운전을통해충분한기술검증을확보한상태이다. 그림 2-11 CO₂-EOR 의개념도 이와비슷한기술로는, 채광불가능한석탄층에 CO₂를주입하여석탄에 CO₂를흡착 저장시키며, 이때발생하는메탄은회수 활용하는방법인석탄층메탄회수증진법 (ECBMR, Enhanced Coal Bed Methane Recovery) 도있다. 이방법은회수된메탄으로경제성을높일수있으나석탄층에흡착된 CO₂가다시방출될위험이커서 CO₂ 저장기술로서의안전성은불확실한상태인것으로알려지고있다. 지중저장소의위치에따라육상지중저장과해양지중저장으로구분할수있는데, 혹시라도발생할수있는 CO₂저장소에서의누출사고의위험으로육상지중저장방식이대중의저항을받고있어기술적, 재정적어려움이크더라도해양지중장방식이선호될것으로예상된다. CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:37

29 이렇듯해양, 광물저장의문제로인해지중저장기술이현재의기술수준에서효과적이며경제적측면에서가장우수한기술로인정되어지중저장위주로대규모실증이이뤄지고있다. CO₂ 지중저장에필요한기술은크게다음과같은 6가지로분류할수있다. 1) 지층평가기술 : 지중저장에유리한지층을선정하고그특성을평가 2) 시추주입기술 : 지하 800미터이하의목표지층까지시추하고이산화탄소를주입하는기술. 3) 거동예측기술 : 지중에주입된이산화탄소의이동및포획기작을예측하는기술. 4) 거동관측기술 : 지중에주입된이산화탄소의거동을관측하기위한기술. 5) 환경영향평가기술 : 주입된이산화탄소의누출이미치는영향을분석하는기술. 6) 사후관리기술 : 주입완료후폐쇄와모니터링을통하여안전성을담보하는기술. 34) 그림 2-12 CO2 지중저장개요 34) 34) 한국이산화탄소포집및처리연구개발센터홈페이지 ( CCS 란무엇인가? 029 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:37

30 이산화탄소재활용일반적으로 CCS에서 S는 Storage 의약자로 CO₂의 저장 을의미하지만최근 S를 Sequestration 으로사용하여 CO₂를 격리또는고정 하는것으로표현하기도한다. Carbon Capture and Storage 는발전소등의대형이산화탄소배출원에서 CO₂를포집하여 묻어두는 좁은의미의이산화탄소처리라면, Carbon Capture and Sequestration 는대형배출원뿐만아니라대기중의 CO₂ 처리도포함되며, 생물학적또는화학적변환을통하여 CO₂를 가두거나, 가둔 CO₂를재활용하는것까지, 보다넓은의미의 CO₂ 처리를의미하는것으로파악된다. 35) 여기서지구온난화의주범인 CO₂를단순히폐기물로서가두는것에서멈추지않고유용한자원으로사용하자는 CCU(Carbon Capture and Utilization 36), 이산화탄소포집및재활용 ) 이라는개념이나오고있다. CO₂의포집및저장등에많은비용이들기때문에이를재활용함으로서지구온난화해결과경제적이익의창출이라는일거양득의효과를노리자는것이다. 또한묻어둔 CO₂도분해된다거나사라지는것이아니고언제인가는다시대기로나올수있기때문에 CCS가완벽한기술이라고도할수없기때문이다. CCS가화석연료의사용이불가피한현실에서온실가스저감에필요한기술임에도불구하고기술적문제이외에도여러난관이있다. 우선 CO₂를저장할수있는장소가발전소등대형오염원과멀리떨어져있다는점이다. 일반적으로 CO₂지중저장에는지하의염대수층이나유전 / 가스전, 석탄광산이필요한데이러한곳은대부분발생원과멀리떨어져있어파이프라인등의수송수단이필요하다. 또한, 저장능력이충분한저장공간이확보되었다하더라도대중의반발로사업추진이어려울가능성이있다. 수송을위한파이프라인과지중저장소인근의지역민들이누출위험등에대한우려와화석연료사용에대한반발여론은정책을결정하는정치가들에게큰부담이될가능성이크다. 이러한상황에서이산화탄소를포집해이를자원으로활용하여고부가가치 35) 위키피디아, Carbon sequestration 항목설명및국가 CCS 종합추진계획 ( 안 ) (2010) 36) 유사한개념으로서 carbon transformation 이나 carbon conversion 를사용하기도하지만본서에서는 CCU를사용함. CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:37

31 의제품을만들어내자는이산화탄소재활용이주목받고있다. 그런데이산화탄소재활용에있어서기술적으로해결되어야할기본전제들이있다. 첫째, 당연한얘기이지만, 이산화탄소를포집하고재활용하는데사용되는에너지에의해발생되는이산화탄소의양이재활용되는이산화탄소의양보다적어야한다는점이다. 둘째, 기존의공정에비해서재활용에의해생산되는 CO₂ 전환물질이경제적이어야한다는점이다. 이산화탄소재활용에의해생산되는물질의가격이기존의공정에의한물질보다비싸다면소비자가굳이 CCU에의한물질을선택할필요가없을것이다. 세째, 이산화탄소를재활용하는새로운공정은보다친환경적이어야한다는것이다. 이는 CCU가대중의지지를받기위해표방해야할사항이다이와같은전제조건하에서 CCU 기술에대한연구개발이진행되고있다. CCU기술에는화학적전환과생물학적전환, 그리고광물탄산화가있다. 이산화탄소를화학적으로전환시키는방법은이산화탄소를환원시키는에너지원에따라분류할수있으며이산화탄소를고정화하는환원에너지원으로는수소, 메탄등의지방족탄화수소, 올레핀, 알칼리염, 신재생에너지로구별될수있다. 이산화탄소의화학적전환방법은처리개념보다는순환형환경기술의개념으로대량의이산화탄소의전환에의한재이용의개념으로대량의수요가있는고부가의생성물을생산함으로써 Carbon-3R (Reduction, Reuse, Recycle) 기반의저탄소녹생성장의기술기반이되며지속성장이가능한기술적특징을가지고있다. 상용화측면에서는화학제품의원료로사용하는방식이가장상용화에근접해있는것으로평가된다. 37) 표 2-1 CO₂ 의환원제에따른화학적전환기술구분 37) 환원제별기술분류수소메탄등저급탄소올레핀알칼리염신재생에너지 주요방법이산화탄소수소화 : 메탄올, 경질올레핀, F.-T. 연료유생산기술역수성가스에의한 CO생산기술메탄의이산화탄소리포밍, Bi-/tri-reforming 범용성고분자제조기술 : PC (polycarbonate), polyester, polyurethane 알칼리금속의탄산화 : 건축자재, 암모니아탄산화 ; urea 인공광합성, 전기화학적이산화탄소전환, Solar reforming 37) 한국이산화탄소포집및처리연구개발센터, 2012 더워지는지구그원인과대책, 2012 CCS 란무엇인가? 031 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:37

32 조류 ( 藻類, Algae) 를이용하는생물학적고정화법은화학적고정화법과달리연소가스로부터 CO₂를분리하지않고직접적용할수있으며, 태양에너지를주에너지원으로활용하므로 CO₂ 처리에필요한에너지소모량이적다. 조류는육상농작물에비해높은바이오매스생산성을나타내며비경작지에서도재배될수있다. 또많은종이염수나폐수에서도잘자랄수있다. 이러한특성으로조류바이오매스는화석연료기반의제품을대체해바이오오일, 단백질, 고부가화학제품, 식품및사료, 비료및연료같은제품을지속적으로제조할수있다. 조류는에너지원으로서태양광, 이산화탄소및무기영양물질 ( 질소, 인 ) 을사용한다. 이산화탄소공급원으로서고농도배가스를이용할수있으며, 조류바이오매스 1톤당약 0.5톤의탄소가고정될수있다. 실용적인대규모조류재배를위해서는비용및소요에너지저감, 상당한 R&D 투자가필요하다. 미국의 Sapphire Energy는독일의 Linde사와공동으로조류를이용하여바이오연료를생산할수있는상업적시범시설 (commercial demonstration facility) 인 Green Crude Farm을 2012년부터뉴멕시코에서운영하고있다. 이시설이정상운영된다면하루 56톤의이산화탄소를소비하여 100배럴 (15.9m3) 의바이오오일을생산할수있다고한다. Sapphire Energy는이시설의경제성이입증되면, 2015년부터하루 5000배럴 (795m3) 의바이오오일을생산할수있는플랜트를건설할계획이다. 38)39) 그림 2-13 Green Crude Farm 의공정도 39) 38) 39) Linde Group, Carbon (CO₂) Capture and Sequestration / Usage, 2011 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

33 그림 2-14 Green Crude Farm 광물탄산화 (Mineral Carbonation) 는산호나조개가이산화탄소를석회석으로전환하는것을흉내낸기술로이산화탄소를많이배출하는시멘트생산을대체할수있다. 기존의시멘트생산공정에서는평균 0.9톤 /ton의이산화탄소가발생된다. 그러나이산화탄소를칼슘염, 마그네슘염과같은광물질과반응시켜시멘트를생산하면, 이산화탄소저감은물론, 화학반응상발열반응이므로열회수를할수있다. 현재반응속도를향상시키는문제가기술적과제로남아있어반응과정중발생되는열에너지를활용해반응속도를높이는기술등이활발히연구되고있다. 영국의 Novacem은세계최대석탄기업 Rio Tinto 및영국건설사 Laing O'rourke와파트너쉽을통해이산화탄소시멘트개발및상용화에앞장서고있다. 광물탄산화방식은용광로나화력발전소설비에접목시켜슬래그나석탄재등의부산물을활용할수있는등의장점이있어기술이성숙될경우빠르게기존시멘트생산공정을대체할수있을것으로기대된다. 40) 40) 박세환, 이산화탄소포집및재활용기술개발동향, KONETIC, 2011 CCS 란무엇인가? 033 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

34 그림 2-15 기존시멘트제조공정과 Novacem 사의 CO₂ 배출량비교 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

35 정보분석보고서 CCS 시장상황 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

36 CCS 시장상황 시장전망 Visiongain는세계 CCS 시장은 2013년 134억달러에서 2021년 243억달러에달할것으로전망된다. 동기간의연평균성장률 (CAGR) 은 7.7% 이며, 유럽이 9.1% 의성장률을보이는것으로예측하고있다. 지역별점유율측면에서보면유럼, 북미가전체의 50% 이상을차지하며가장큰시장이될것으로나타나고있다. 41) 표 3-1 세계 CCS 시장전망 ( 단위 : 십억달러 ) 지역 CAGR 유럽 % 북미 % 아시아 % 호주 % 중동 % 남미 % 계 % 41) Visiongain, The Carbon Capture and Storage/Sequestration (CCS) Market , 2010 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

37 그림 3-1 세계 CCS 시장전망 ( 지역별점유율변화 ) 시장참여자 CCS시장의시장참여자는크게프로젝트를기획하고, 자금을투자하며운영을하는프로젝트개발자 (Project Developer) 와프로젝트에설비나서비스를제공하는공급자 (Supplier) 로구분할수있다. 프로젝트개발자 프로젝트개발자에는석유 가스회사, 발전사, 석탄회사, 그외대형CO₂배출회사 ( 화학, 철강, 비료등 ) 이있을수있다. 42) 표 3-2 세계주요 CCS 프로젝트개발자 42) 구분 석유 가스회사 발전사 석탄회사 기타 회사명메이저민간회사 : Shell, BP, ExxonMobil, Total, Eni, Chevron 국영회사 : Statoil, Sonatrach, Kuwait Petroleum Corporation, Saudi Aramco, Masdar, Petrobras, Pemex 유럽 : 2CO Energy, Drax Power, Electrabel, E.ON, Enel, Endesa, PGE, RWE, Scottish and Southern Energy, Scottish Power, Vattenfal 미국 : AEP, Captial Power, SCS Energy, Southern Company, Summit Power, SaskPower, Tenaska, TransAlta 아시아태평양 : China Datang Corp, Dongguan Power, GreenGen, Huaneng Group (China); KEPCO (South Korea) ; SC Energy(Australia) Consol Energy, Peabody Energy, Rio Tinto, Xstrata Coal 화학, 비료 : Archer Daniels Midland, Air Products, Koch Nitrogen, Shenhua Group, Sasol 철강 : ULCOS consortium (Arcelormittal, and other European steelmakers), Emirate Steel 42) SBC Energy Institute, Carbon Capture and Storage, 2013 update CCS 시장상황 037 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

38 석유 가스회사는 CO₂저장분야에최초로진입한사업자로현재운영, 건설중인대형CCS프로젝트의대부분을차지하고있다. 비록이들이 CO₂ 배출감소에큰역할을하고있지만, 이들의가장큰목적은석유생산의효율성을높이기위한것으로극히상업적이라할수있다. ExxonMobil과 Chevron이 1986 년운영하기시작한 Shute Creek Gas processing plant의경우, 2009년까지총 2600만톤의 CO₂를저장하면서 1억1400만배럴의원유를추가생산할수있었다. 원래이프로젝트에서는주입된 CO₂를모니터링하지도않았기때문에누출의가능성도있다. 그러나이프로젝트는상업적의미에서 CCS의타당성을검증하는사례가되었다. 두번째목적은 CO₂관련법률이나제도에대응하는것이다. 대부분의경우원유사들은생산과정에서발생되는 CO₂를저장하기위해 CCS를추진하고있다. 특히, 호주, 노르웨이, 브라질의유전이나, 북미의오일샌드유전와같이, CO₂ 가많이배출되는유전에서 CCS기술이사용된다. 발전사는배출규모가크고농도가높은 CO₂배출원이다. 그리고발전산업자체가국가기간산업으로서각국정부의환경규제에민감할수밖에없으므로 CCS의주요프로젝트개발자가될수밖에없는상황이다. 특히석탄화력발전은많은나라에서주요전력원으로사용되고있고, 기존의 SOx, NOx, 분진등의오염물질에더해 CO₂까지저감하여야하는상황에서기존의미분탄발전보다진화된 IGCC와같은고효율발전과포집기술개발에노력중이다. 석탄회사는 CO₂배출과는직접적인관계는없지만, 석탄자체가 CO₂ 배출량이다른화석연료에비해많기때문에지구온난화를촉진하는 나쁜 에너지로인식되므로청정석탄기술 (Clean Coal Technology, CCT 43) ) 의개념으로접근하고있다. 실제로일부석탄회사들은미국과중국의청정석탄기술프로그램인 FutureGen과 GreenGen 44) 등에발전사들과함께참여하고있다. 43) 석탄발전에따른환경영향을줄이기위해개발된기술의총칭으로, 주요기술로는 CO₂ 포집및저장 (CO₂ Capture & Storage, CCS) 기술, 석탄가스화복합발전 (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) 을포함한석탄가스화기술, 연소기술로는초초임계압 (Ultra-Supercritical, USC) 기술, 유동층연소 (Fluidized Bed Combustion, FBC) 기술그리고배기가스탈황기술및저 NOx 버너, 선택적촉매환원 (Selective Catalytic Reduction, SCR) 기술등의탈질기술등이있다. 44) FutureGen 프로젝트 : 275 MW 급석탄 IGCC 만톤 CO₂ 지하저장 GreenGen 프로젝트 : 200 MW 급석탄 IGCC + CO₂ 지하저장 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

39 그외화학, 철강, 비료산업의대형CO₂배출회사들은법적인규제에대응하기위해 CCS에관심을가지기는하지만, 온실가스규제가산업이미치는영향이커정부에서적극적인조치를취하기어려운상황이므로, Wait and See 하는소극적인자세를취하고있다. 공급자 CCS프로젝트의기술, 서비스공급에는장비제조업체, 석유가스회사, 화학회사등으로다양한분야의업체들이참여하고있다. 이들회사들은 R&D에서실증, 상용화에이르기까지전과정에걸쳐협력을하고있는데이는 CCS가포집, 수송, 저장기술이필요하므로각기술간의통합이중요하기때문이다. 포집부문에는포집기술개발에특화된소규모기술개발업체 (start-ups) 부터대형장비제조업체, 화학회사등이참여하고있다. 45) 표 3-3 포집부문주요민간참여자 45) 구분장비제조업체산업용가스회사화학회사오일 / 가스회사발전사흡수 / 흡착제막광물화 START-UPs 조류바이오포집순산소연소 업체명 Alstom, MHI, GE, Siemens,, Swan Hills, Synfuels, Foster, Wheeler, Babcock & Wilcox, Pall Corp Air Liquide, Air Products, Linde, Praxair, Aker UOP, Lurgi, Dow, Flour, BASF, Akema ExxonMobil, Shell, BP, Conoco Phillips Tokyo/Tohoku/Hokuriku Electric Power, Vattenfall,Norsk Hydro, Huaneng Westec Environmental Solutions, Nexant, InnoSepra Carbozyme, Fuel Cell Energy, Membrane technology ops Carbon Sense Solution,Carbon TrapTechnologies, Novacem, Calera, Skyonic, Cansolv GreenFuelTechnologies, Sequesco, Carbon Science, Physical science Reaction Engineering International, Jupiter Oxygen Corp 수송부문에는파이프라인건설사나조선업체가포함될수있다. 현재극히일부회사만이이산화탄소비즈니스의 순수한참여자 로들어와있다. 45) SBC Energy Institute, Carbon Capture and Storage, 2012 CCS 시장상황 039 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

40 National Grid, Maersk Tankers, Kinder Morgan, Trinity Pipeline, GDF Suez 등이이산화탄소수송을주사업으로하고있는기업으로대부분 EOR 과같은저장서비스와연계된사업자이다. 저장부분에는유전, 지질학, 압력저장등에경험을가지고있는석유 / 가스회사들이많이참여하고있다. 이산화탄소저장관련주요업체는 SHELLl, IF- PEN, TERRALOG, EXXON, SCHLUMBERGER, CDX GAS, AIR PROD- UCTS, DIAMOND QC TECHNOLOGIES, DROPSCONE, BHP BILLTON 등이있다. CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

41 정보분석보고서 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

42 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 개요 Global CCS Institute에따르면 2013년포집에서저장까지통합기획되고있는 LSIP(large-scale integrated project, 대규모통합실증프로젝트 ) 46) 는총 65개로나타나고있다. 지역적으로보면미국이 20개, 유럽이 15개, 중국 12개, 캐나다 7개등으로북미, 유럽, 중국을중심으로진행되고있지만, 45개의프로젝트가계획수립 (Identify), 평가 (Evaluate), 결정 (Define) 단계이며, 최종자금투자결정 (FID, Final Investment Decision) 을받아서 8개가건설중 (Execute stage) 이며, 12개가운전중 (Operate stage) 에있는상태로시장초기단계라할수있다. 46) 석탄화력의경우 80만톤CO₂/ 년, 산업시설 ( 천연가스발전포함 ) 의경우 40만톤CO₂/ 년의 CO₂처리능력을가진 CCS 프로젝트 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:38

43 그림 4-1 대형 CCS 프로젝트 (LSIP) 진행현황 (2013) 47) 표 4-1 건설또는운전중인대형 CCS 프로젝트 (LSIP) 현황 47) Operate stage Val Verde Gas Plants 명칭국가포집형태 Enid Fertilizer CO₂-EOR Project Shute Creek Gas Processing Facility 미국 미국 미국 연소전처리 ( 가스공정 ) 연소전처리 ( 비료 ) 연소전처리 ( 가스공정 ) Sleipner CO₂ Injection 노르웨이연소전처리 ( 가스공정 ) Great Plains Synfuel Plant and Weyburn Midale Project 미국 / 캐나다 연소전처리 ( 합성연료 ) In Salah CO₂ Injection 알제리연소전처리 ( 가스공정 ) Snøhvit CO₂ Injection 노르웨이연소전처리 ( 가스공정 ) CO₂ 포집량 ( 백만톤 / 년 ) 저장형태 운전개시 ( 예정 ) 연도 1.3 CO₂ EOR CO₂ EOR CO₂ EOR (+0.2) 심부염대수층 CO₂ EOR 심부염대수층 심부염대수층 ) THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2013 (2013) 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 043 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:39

44 Century Plant Air Products Steam Methane Reformer EOR Project Petrobras Lula Oil Field CCS Project 명칭국가포집형태 미국 미국 브라질 연소전처리 ( 가스공정 ) 연소전처리 ( 수소생산 ) 연소전처리 ( 가스공정 ) CO₂ 포집량 ( 백만톤 / 년 ) 저장형태 운전개시 ( 예정 ) 연도 8.4 CO₂ EOR CO₂ EOR CO₂ EOR 2013 Coffeyville Gasifi cation Plant 미국분리공법 1 CO₂ EOR 2013 Lost Cabin Gas Plant Execute stage Boundary Dam Integrated CCS Demonstration Project Illinois Industrial CCS Project Kemper County IGCC Project Uthmaniyah CO₂ EOR Project ACTL with Agrium CO₂ Stream Gorgon Carbon Dioxide Injection Project 미국 캐나다 미국 미국 사우디아라비아 캐나다 호주 연소전처리 ( 가스공정 ) 연소전처리 ( 발전 ) 산업적분리 ( 에탄올 ) 연소전처리 ( 발전 ) 연소전처리 ( 가스공정 ) 연소전처리 ( 비료 ) 연소전처리 ( 가스공정 ) Quest 캐나다연소전처리 ( 수소생산 ) ACTL with North West Sturgeon Refinery CO₂ Stream 캐나다 연소전처리 ( 수소생산 ) 1 CO₂ EOR CO₂ EOR 심부염대수층 CO₂ EOR CO₂ EOR CO₂ EOR ~ 심부염대수층 심부염대수층 CO₂ EOR 2016 운영중인 12개프로젝트는천연가스공정에서 CO₂를포집하거나, CO₂- EOR을저장형태로쓰는등대부분석유및가스산업과연관되어있다. 이들의수익구조를보면 5개의프로젝트는포집한 CO₂를 EOR에판매하고있으며, 노르웨이의두프로젝트는 CO₂톤당 $55이상의탄소세에의해서운영되고있다. BP의 In Salah 가스생산설비에서는전체비용 40억달러중 2.5% 인 1억달러의초기투자비를투입하였으며, 이를청정개발체제 (CDM) 에의한탄소배출권으로판매하기를원하고있다. CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:39

45 그림 4-2 운영중인대형 CCS 프로젝트 (LSIP) 현황 48) 48) 49) 이산화탄소포집현재전세계 30여개의발전소에서이산화탄소포집이계획되고있으나아직운전중인곳은없다. 표 4-2 세계발전소프로젝트에서의이산화탄소포집적용예정기술상황 49) 구분 진행단계 Identify Evaluate Define Execute Operate 계 연소후포집 연소전포집 순산소연소 미정 1 1 계 가장진전된곳은건설단계 (Execute) 인 Boundary Dam( 캐나다 ) 과 Kemper County( 미국 ) 이다. 48) SBC Energy Institute, Carbon Capture and Storage, 2013 update 49) THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2013 (2013) 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 045 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:39

46 Boundary Dam 발전소는기존석탄화력발전소를청정석탄발전으로개조하는데있어연소후포집에의한이산화탄소저감을계획하고있다. 이미 520만달러의파일롯테스트를거치고상용화단계의 CO₂포집장치를 2014년에운영하는것을목표로하고있다. 50) Kemper County프로젝트는 582 MW규모의 IGCC 발전소를신설하는프로젝트로연간 350만톤의 CO₂를포집하는것을목표로하고있다. 2014년운전을목표로하는이프로젝트에는 DMPEG(Dimethyl Ether of Polyethylene Glycol) 를사용하는 Selexol separation이 CO₂ 포집기술로사용될것이다. 그림 4-3 Boundary Dam 건설현장 ( 좌 ) 및 Kemper County 발전소레이아웃 51) 51) 비록발전부분에서의상용화단계의 CCS프로젝트의진행은미약하지만, 세계각국에서는파일롯스케일의 CCS 프로젝트를진행하면서상용화를위한기반기술을축적하고있다. 구체적으로이들파일롯플랜트에서는 1) 적용CCS기술의기술적타당성검증 2) 경제성관련데이터 3) 적용CCS기술과발전플랜트와의통합가능성검토 4) 운전데이터 5) 상용화설비로의 scaleup 데이터를얻을수있다. 50) 51) CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:39

47 표 4-3 화력발전소의파일롯스케일의 CCS 프로젝트현황 52) 프로젝트명 국가 CO₂ 포집용량 ( 톤 / 년 ) 상황 건설중운전완료 연소후포집 Aberthaw UK 15,000 Y Boryeong Korea 80,000 Y Ferrybridge UK 15,000 Y Guodian China 10,000 Y by 2015 Hazelwood Australia 15,000 Y Mountaineer US 100,000 Y Plant Barry US 167,000 Y Shand Canada 36,000 Y by 2014 Shanghai Shidongkou China 120,000 Y Shengli China 40,000 Y Technology Centre Mongstad* Norway 100,000 Y Wilhelmshaven Germany 25,000 Y 연소전포집 HuaNeng GreenGen China 80,000 Y by 2015 Nuon Buggenum Netherlands 10,000 Y Puertollano Spain 35,000 Y Osaki CoolGen Japan 200,000 Y by 2017 Wakamatsu EAGLE Japan 8,000 Y 순산소연소 Callide Australia 25,000 Y CUIDEN Spain <10,000 Y Huazhong China 50,000 Y by ) Lacq Pilot CCS Project France 75,000 Y Schwarze Pumpe Germany 60,000 Y 52) THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2013 (2013) 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 047 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:39

48 이산화탄소수송 CO₂ 포집후저장까지의수송에있어서가장중요한사항은안전성과신뢰성이다. CO₂ 수송에사용될파이프라인, 트럭, 선박, 기차등은이미사용되고있지만, 대규모의 CCS프로젝트를추진하기위해서는새로운투자와건설이필요하다. 현재계획된 65개의대형 CCS프로젝트에의하면총 6,000km의새로운파이프라인이필요한것으로나타나고있다. 그러나 IEA가권장하고있는 2DS 의목표를달성하기위해서는향후 30~40년사이에현재보다 100배의수송수단이마련되어야하는것으로추정되고있다. 이렇듯대규모의수송기반을마련하기위해서는최적의가이드라인과표준을설정하여, 파이프라인의설계, 건설, 운영경험을공유하며, 발생가능한문제점을해결할수있는추가적인 R&D, 각국정부의정책적인지원이필요하다. 그림 4-4 국가별대형 CCS 프로젝트의필요파이프라인길이 캐나다의경우 2013년 Alberta의비료공장과석탄가스화공장등에서발생하는연간 1460만톤의 CO₂를압축수송하여 240km 떨어진유전지역에 EOR 방식으로저장하기위한 Alberta Carbon Trunk Line(ACTL) 의건설을결정했다. 미국의경우 1980년대부터 1990년대에걸쳐건설된 CO₂ 수송용파이프 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:39

49 라인을운영하고있는데최근뉴멕시코주에서텍사스주에이르는 373km의 Greencore pipeline을건설하였다. 해상에서는선박을이용한수송도시도되고있다. 미국이나캐나다와같이유전이없고상대적으로좁은국토를가진일본의경우해양지중저장을위한연구가진행되고있다. 치요다는 2011년동경대와공동으로 3000톤의 CO₂를 200~1600km 떨어진해저에저장하기위하여, CO₂ 하역시스템, 선박구조, 선박내펌프및온도시스템, CO₂주입시스템등에대한기술적, 경제적타당성연구를실시하였다. 이산화탄소저장현재사용되는이산화탄소저장의주류기술은 EOR( 원유회수증진기술En- hanced Oil Recovery) 이다. 이는전술한듯이유전의암석의미세한틈에남겨진원유나가스를 CO₂를주입하여, 강제배출시킴으로서원유회수의생산성을높이면서동시에 CO₂를저장하는기술이다. 이기술은미국에서처음개발된기술로원래 CO₂ 저장이목적이아닌원유생산증진을위한것으로, 지난 40년간총 1Gt의이산화탄소를저장한것으로알려져있다. 미국유전회사는 CO₂를비료공장, 가스처리공장등대형CO₂발생원으로부터공급받아이용해왔는데그비용이상승함에따라, 세제혜택등의경제적인센티브를요구하고있다. 그림 4-5 EOR 프로세스개념도 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 049 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:39

50 EOR이외의기술로는심부염대수층지중저장이있다. 심부염대수층은오랜시간동안퇴적층내부의공극수가정체된상태로암석과반응하여염수화된다공성퇴적암층이다. 염대수층은세계적으로해안과대륙붕을따라폭넓게분포하기때문에잠재저장용량이크고, 이산화탄소배출지에근접한장점이있다. 단점으로는대수층에주입한이산화탄소의누출위험성을꼽을수있으나, 염대수층은대부분상부불투수성덮개암이존재하는피압대수층으로일부안정성은확보되었다고평가할수있다. 전세계적으로실용화한사업으로는노르웨이 Snøhvit, Sleipner와그리고알제리의 In Salah 프로젝트가있다. Sleipner 프로젝트에서는북해의가스전에서발생한 CO₂를 1km 해저의지하에있는 Utsira 사암층에주입하고있다. 1996년부터시작해연간 90 만톤의 CO₂를저장하고있다 Sleipner를운영중인 Statoil사는 2008년부터 Barents해의 2.6km해저지하의 Tub en 사암층에 CO₂를저장하는 Sn hvit 프로젝트를운영하고있다. In Salah 프로젝트는 BP, Statoil, Sonatrach가공동으로 2004년부터알제리사막 1.9km지하의사암층에 CO₂를주입하였으나, 주입된 CO₂가이미존재하던지층의틈에영향을주고있다는것이알려져 2011년주입이중단된상태에있다. 53) 그림 4-6 Sleipner 프로젝트개념도 53) 53) CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:40

51 CCS의경제적측면 CCS 프로젝트의사업화를위한최종투자의사결정 (FID, Final Investment Decision) 을내리기위해서는상업적타당성, 재정조달, 기술적타당성, 운영적등여러가지측면을고려해야만한다. 54) 표 4-4 CCS 프로젝트추진시의고려항목 54) 구분기술적요소상업적요소재정적요소운영적요소 고려항목 포집기술프로세스선정 포집효율향상 수송기술최적화 ( 예 : 파이프라인의기술적스펙 ) 최적저장기술선택 프로젝트의비용 보조금적합성 자원조달계획 참여당사자간프로젝트계약구조 일반대중의참여정도 환경적, 법적규제승인가능성 프로젝트진행에따른적절한위험관리계획여부 적절한수익률제공여부 재정적안정성 ( 자본및부채의규모와시기적적정성 ) 사업준비금 재무구조 포집성능 ( 포집율, 운전비용, 에너지손실비용 ) 수송성능 ( 파이프라인의누출율, 유지비용 ) 저장성능 ( 모니터링, 관리및성능평가 ) 정전등위급상황에대한대처 프로젝트폐쇄시의대비책 실제어느산업이던지 CCS를추가하게되면초기투자비는물론유지관리비가증가하게된다. 화력발전소에 CCS를추가할경우다음의네가지비용이추가될수있을것이다. CO₂ 포집장치와포집된 CO₂의압축장치의설치비 CO₂ 포집을위한추가적인에너지소비 CO₂ 포집을위해사용된에너지만큼을발전하기위한발전용량의증가비용 54) Global CCS Institute, THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2012, 2012 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 051 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:40

52 CO₂ 포집장치, 압축장치및증가된발전용량에대한운전, 유지관리비 기존설비 (Reference plant) 에 CO₂ 포집장치를추가설치시추가되는비용은포집설비자체비용 (CCS own costs) 과, CO₂ 포집장치설치시장치를가동하기위한전력량만큼발전소의출력발전량이감소되므로, 감소량만큼을보상하기위해발전시설증대에필요한투자비용 (Host plant compensation) 이있다. 적용되는 CO₂ 포집장치에따라차이는있을수있지만, CO₂ 포집장치설비투자비용과추가되는에너지비용이가장큰영향을주게된다. 55) 그림 4-7 화력발전소에서 CCS 추가시의바용적영향예 55) 현재건설또는운영중인대형프로젝트는고농도의 CO₂가함유된천연가스공정이나비료제조공정에서적용된경우가많은데, 이는포집측면에서기술적인용이성으로인하여 CO₂ 포집시설의비용이발전소나제철산업에비하여적은분야부터 CCS가적용되고있다는것을보여주고있다. 55) Global CCS Institute, THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2012, 2012 Capital : CAPEX, 자본적지출 ( 설비투자비용 ) Host plant compensation : 기존발전소에 CO₂ 포집장치설치시그에따른출력발전량이감소되므로, 감소용량만큼을보상하기위해필요한투자비용 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:40

53 표 4-5 산업별 CO₂ 포집기술에의한비용증가비율 (%) 황 56) 발전 연소후처리순산소연소 IGCC NGCC 제철시멘트천연가스비료 61~76 53~ ~14 39~ * IGCC : Integrated Gasification Combined Cycle, 석탄가스화복합발전 NGCC : Natural Gas Combined Cycle, 천연가스화복합발전 * IGCC나 NGCC 모두연소전포집기술과조합되어사용할경우를의미함. 56) 비록 CCS에의해비용이증가되기는하지만, 특히발전부분에서는 CO₂ 저감비용을기준으로하여다른발전방법과비교할경우, 지열이나수력및육상풍력, 원자력등은 CCS보다 CO₂ 저감비용이적지만, 태양광 ( 열 ), 해상풍력보다는유리하다는것을알수있다. 그러나, 에너지원별발전가능량및안전성, 안정성등을고려해보았을때화력발전에서의 CCS적용에의한 CO₂저감은여전히충분한고려대상이될수있다. 57) 그림 4-8 발전분야에서의 CO₂ 저감비용비교 57) 56) Global CCS Institute, THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2012, ) Global CCS Institute, THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2013, 2013 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 053 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:40

54 CCS추진의어려움계획되었던많은대형 CCS프로젝트들이보류되거나, 취소되고있는실정이다. 2012년 10월 Global CCS Institute에서발행한 THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2012 에서는대형CCS프로젝트가 75개라고하였으나, 2013년발행한 THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2013 에서는 65개로, 그수가감소함을알수있다. 3개의프로젝트 58) 가새로계획되었으며 13개의프로젝트가취소또는보류된것으로나타나고있다. 59) 표 년취소, 보류 CCS 프로젝트현황 59) 구분프로젝트명 ( 국가 ) 단계변동사유 PurGen One project( 미국 ) Define 캘리포니아수소에너지 (Hydrogen Energy California (HECA)) 프로젝트에투자우선순위결정 Be chat w project( 폴란드 ) Define 프로젝트자금조달의어려움 취소 Taylorville Energy Center( 미국 ) Define 경제적상황변화 ( 천연가스가격하락등 ) 와정책적지원부족 Tenaska Trailblazer Energy( 미국 ) Define 경제적상황변화 ( 천연가스가격하락등 ) 와정책적지원부족 Cash Creek( 미국 ) Evaluate 석탄화력 (IGCC) 에서천연가스화력 (NGCC) 로전환 Green Hydrogen( 네덜란드 ) Define 정부자금조달의어려움 Swan Hills Synfuels project( 캐나다 ) Define 천연가스하락에의한 IGCC 프로젝트추진보류 보류 Hydrogen Power Abu Dhabi(UAE) Define 다른프로젝트 (Emirates Steel Industries) 에투자순위밀림 Eemshaven( 네덜란드 ) Evaluate 정부자금조달의어려움 Pegasus Rotterdam( 네덜란드 ) Evaluate 정부자금조달의어려움 Southland Coal and Fertiliser ( 뉴질랜드 ) Evaluate 타프로젝트에투자순위밀림 Maritsa( 불가리아 ) Identify 계획취소 58) Petrobras Lula( 브라질 ), Uthmaniyah CO₂ OR Project( 사우디아라비아 ), Yanchang Jingbian CCS Project ( 중국 ) 59) Global CCS Institute, THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2013, 2013 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:40

55 미국의 PureGen One 및 Taylorville Energy Center 등 5개가취소되고, 네덜란드의 Pegasus Rotterdam, Eemshaven CCS 등 7개의프로젝트는보류된것이다. 이들프로젝트는계획단계 (Identify, Evaluate, Define) 에서취소또는보류된것으로셰일가스의개발로인한천연가스가격하락과, 그에따른 IGCC 등첨단화력발전의경제성악화등의경제성의문제와육상에서의 CO₂의저장에대한공공의반대등에의한정부자금조달실패등의문제로인한것으로파악되고있다. 그리고일부프로젝트의경우미래에너지인수소에너지관련연구개발에사용되는것으로알려지고있다. 또한, 유일하게파일롯프로젝트를완료한 Mountaineer CCS Pilot의경우, 실제플랜트에대한설계데이터등을확보함에도불구하고계획이사실상취소되었다. 250MW급화력발전소에 3억3400만달러가예상되었던실제플랜트의건설비용에대한비용분담에대한버지니아주정부와의협의를이끌어내지못했기때문이다. 60) 그림 4-9 대형 CCS 프로젝트 (LSIP) 의변동상황 60) (2011~2013) 60) Global CCS Institute, THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2013, 2013 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 055 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:40

56 그림 4-10 대형 CCS 프로젝트 (LSIP) 의단계별진행상황 (2011~2013) 향후얼마간에너지원으로서화석연료의사용이필요한상황에 CCS가발생된 CO₂의처리에유효한대안임에도불구하고상용화를위한투자가원활히이루어지지않는이유는무엇일까? CCS는소위 돈을버는 기술이아니라, 비용 으로인식되는전형적인환경기술이므로정부가시장이형성되기전에투자를하여야만한다. 그러나, 친환경신재생에너지에비해 더러운 에너지로인식된화석에너지의사용을전제로한 CCS에막대한투자를하기에는, 공공의반대와같은정치적부담이크다. 또한, CO₂ 저감이라는하나의목적을가진 CCS의설득력이에너지생산과 CO₂ 발생저감이라는두가지목적을가진신재생에너지에비해약하다는점이있다. 이에 IEA는 2050년까지지구의온도상승을 2 까지억제하는 2DS 시나리오를달성하기위해서는대규모에너지원으로서의가능성이아직낮은신재생에너지에기대하는것보다는화석에너지사용부분에서 CCS에의한저감이보다합리적이라고주장하고있지만, 실제실행단계에서각국의정부가주저하고있는것이다. 한편민간부분이 CCS에투자하는데느끼는어려움은다음과같다. 무엇보다도 CCS프로젝트에의한수익이부정적이라는점이다. 유럽의탄 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:40

57 소배출권시장에서최고톤당 30유로에달하던배출권가격이최근에 3유로수준으로떨어져시장자체가붕괴될지경에이르렀다. 61) 이는 2008년의금융위기에따른기업활동의침체로, 기존업체들이보유배출권의현금화를위해배출권공급을늘린데비해이를받아줄수요자체가감소했기때문이다. 사실상배출권시장을통한수익확보가어려운상황에서또다른수익원으로기대할수있는것이탄소세 (Carbon Tax) 이다. 탄소세는이산화탄소배출시설에대해부과하는세금으로확보된재원을온실가스저감대책에사용하는것을목적으로하고있다. 그러나, 산업계에대한직접적인부담이된다는측면에서, 노르웨이, 덴마크, 영국등일부유럽국가와미국과캐나다의일부주에서만도입한상태이다. 또한, CCS의미래에대한불확실성이민간이투자를어렵게하는부분이다. 그불확실성은정부의온실가스저감정책에대한미온적인태도, 신재생에너지에대한대중의친화적인식등에기인한다. 그외에도, CCS에대한대중의반대와, 포집-수송-저장에이르는폭넓은기술이필요한통합프로젝트의관리상어려움등이있다. 62) 그림 4-11 CCS 프로젝트수행시민간부문의애로점 63) 통합프로젝트관리의어려움 대중의반대 불확실성 수익성문제 수익성이나불확실성및통합관리의어려움은프로젝트추진주체 ( 정부, 기 61) 한국경제신문, 탄소배출권시장사실상사망선고, )SBC Energy Institute, Leading the Energy Transition : Bringing Carbon Capture & Storage to Market, 2012 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 057 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:41

58 업 ) 의의지에의해해결될수있는사항이라할수있다. 그러나 대중의반대 의경우추진주체의의지와는관계없이큰장벽으로나타날수있기때문에실제프로젝트실행단계에서큰문제가될수있어 63) CCS에대한대중의이해증진과대중수용성 (Public Acceptance, PA) 확보는 CCS 프로젝트의성패를결정하는중요한요소중하나로강조되고있다. 64) 표 4-7 CCS 프로젝트에대한대중의우려사항 65) 기술적측면환경적측면사회적측면 CCS 기술에대한낯설음 기술미완성 ( 기술개발진행중 ) CO₂ 누출위험 자연파괴우려 CO₂ 주입후회수불가능 지하수층및수질오염 개발자나사업에대한불신 화석연료사용자체에대한반감 지역산업발전저해 ( 관광사업등 ) 적극적인의사소통을통해주요이해관계자들의우려사항을정확히분석하고지역환경특성을명확하게파악하여대중수용성을조기에확보하는것이 CCS 프로젝트추진에있어서중요한부분이다. CCS에대한대중수용성확보가조기에이루어지지않을경우대중수용성확보를위한추진기간및소요비용이증가할수있고, 부정적인대중수용성은해결자체가어려우므로, 조기에 PA활동을추진하는것이매우중요하다. 이산화탄소의무감축계획및실행, CCS 기술향상으로인해서 CCS에대한관심이높아지고있는가운데, CCS 선진국을중심으로대중수용성확보를위한활발한연구가진행되고있다. 각국가별로살펴보면, 호주 CO₂CRC의 Otway 프로젝트는대중수용성확보의대표적인성공사례로대중참여및의사소통을위한전략및방법의중요성을강조하였다. CCS에대한반대가극심한유럽의경우, 대중수용성확보의중요성및필요성을더욱크게인식하여이를위한실제 PA 활동의체계 63) 독일 Beeskow 프로젝트는순산소연소플랜트와연계된 CO₂저장프로젝트였으나대중의반대로인해사업추진이 2015년으로연기됨. 64) 김수연, CCS대중수용성 (PA) 향상선진국 CCS PA 가이드라인분석에따른국내 CCS 프로젝트 PA활동시사점, KCRC, 2013 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:41

59 적인분석및방법론연구가활발하게진행중에있다. 또한, CCS 해외선진기관에서는대중수용성확보를위한인식도제고방안연구를활발하게진행하여, CCS에대한대중의반응양상과대응방안에대한구체적인가이드라인을수립하고있다. CCS 프로젝트에대한자체경험및다양한사례연구를바탕으로효율적인의사소통방법론개발이활발하게진행되고있다. 그결과, CCS에대한대중의반응양상과대응방안에대한구체적인가이드라인을제시하는수준에이르고있다. 미국 NETL(National Energy Technology Laboratory) 는실제프로젝트와경험을바탕으로가이드라인인 Best Practices for Public Outreach and Education for Carbon Storage Project 제시하였으며그주요목차는다음과같다. 프로젝트관리와 public outreach 통합 강력한 outreach 팀구성 핵심이해관계자정의 사회적특성파악및적용 outreach 전략및의사소통전략개발 핵심메시지개발 ( 주제 / 잠재적메시지등 ) 청중에게적합한 outreach 개발 프로젝트기간동안적극적인 outreach 프로그램감독및관리 outreach 프로그램수행및대중인식도변화에대한모니터링 outreach 프로그램의개선 호주 CSIRO 65) 는 CCS 프로젝트추진을위한해당지역사회의대중수용성확보를위해필요한조사, 분석, 홍보에대한 Tool로서 Communication/ Engagement Toolkit for CCS Projects (2011) 을발간하였으며, 그주요목차는다음과같다. 65) Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation 세계대형 CCS 프로젝트추진현황 059 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:41

60 데이터수집 : 방법론및수집 설문조사 : 방법론및설문조사 worksheet 독립적인운영그룹 : 독립된운영그룹의구성및활동 시민테스크포스및자문위원회 : 구성및역할 ( 지역이해관계자와양방향커뮤니케이션을위한장치 ) 커뮤니티연락사무관 : 커뮤니티에정보제공, 커뮤니티의우려사항파악 이해관계자조사 / 분석 : 관심도및영향력에따른이해관계자 map 구성 보도자료 SWOT분석 : 이해관계자의협력을위한전략수립에대한 SWOT 분석 의사소통과협력계획수립 CCS 프로젝트타임라인 : 타임라인에따른협력대상및협력계획수립 이러한 PA 가이드라인들을보면공통적으로해당지역의이해당사자의니즈 를파악하고그들과의투명한소통을통해그들의이해와협조를끌어내어, 프로젝트의진행을원할히하는것을주요내용으로하고있다. CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:41

61 정보분석보고서 우리나라의 CCS CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:41

62 우리나라의 CCS 우리나라의산업구조는화석연료를중심으로하는에너지다소비형으로온실가스배출량증가율 ( 90~ 05년) 이 86.8% 로 OECD 국가중 1위를차지하고있으며, 향후산업구조의급격한변화를기대하기어려워온실가스저감대책이필요한상황이다. 그림 5-1 우리나라온실가스배출전망 이에정부는 2010년부터 온실가스 에너지목표관리제 를도입하여대규모온실가스배출업체에대해매년배출허용량을설정하여에너지절약, 신재생에너지공급확대, CO₂분리기술개발등을유도하고있다. 이와함께 2010년 7월국가 CCS 종합추진계획을발표하여포집분야일부기술에대해서만개발되어있는국내의 CCS를상용화하기위해필수적인대 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:41

63 규모포집-저장통합실증을추진하고있다. 계획에따르면 2010 년대중반까지포집기술의파일롯실증, 저장소확정후 2020년까지 100MW급발전소의포집-저장의통합실증을완료한후상용화하는것을목표로하고있으며, 2019년까지약 2조 3000억원을투자할것을밝히고있다. 이산화탄소포집분야이산화탄소포집분야에서는아미노계신흡수제, 스마트분리막, 분자게이트나노체, 자연모사등의기술개발을통해 2020년까지 20$/tCO₂ 이하로포집비용을줄일수있는원천기술을확보하고, 개발기술의파일롯실증 (10~30MW) 을거쳐 100MW급이상의대규모실증을거쳐상용화기술을확보하는것을목표로하고있다. 이산화탄소수송분야우리나라의이산화탄소수송은크게선박수송과파이프라인에의한것을전제로하고있다. 우리나라의경우이산화탄소대형발생원인발전소, 제철등의산업이해안에위치하고있으며, 현재발견된실증저장소유력후보지가동해울릉분지주변해역이므로이들연계하는위한선박수송방안이연구되고있다. 또한 20년이후 CCS 보급단계에서장기간 대규모수송을위한파이프라인수송기술확보를통해장기적으로는선박과파이프라인을연계한국가 CO₂수송인프라망을구축하는것을목표로하고있다. 그림 5-2 CO₂ 수송개념도 우리나라의 CCS 063 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:41

64 이산화탄소저장분야이산화탄소저장분야에서는국내에 CO₂ 지중저장에적합한해양지중또는육상지중저장후보지를선정하고그에대한파일롯실증 (1만톤급) 과대규모포집-저장 (100만톤급) 통합실증을주요목표로하고있다. 실제로 2012년울릉분지남서부대륙붕의일부지층의 CO₂ 저장용량이 51억톤에이를것으로평가되었으며현상황에서포집-저장통합실증의후보지로예상되고있다. 그림 5-3 대규모 CO₂ 지중저장후보지역 이산화탄소전환분야국가 CCS 종합추진계획에서는 CCS를 Carbon Dioxide Capture and Sequestration로정의하고, 포집-수송-저장이외에이산화탄소이용의개념을포함하고있다. 이에 CO₂의화학적, 생물학적전환을통한유효물질전환기술개발을추진하고있다. 그림 5-4 전환이용기술개념도 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:41

65 국가 CCS 종합추진계획에서는제도정비, 대중수용성확보, 인력양성등을통해개발기술의상용화기반을조성하는내용을포함하고있다. 66) 그림 5-5 우리나라의 CCS 의상용화로드맵 66) 66) 국가 CCS 종합추진계획, 교과부외, 2010 우리나라의 CCS 065 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:42

66 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:42

67 정보분석보고서 맺음말 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:42

68 맺음말 많은과학자들은최근빈번한이상기후현상의원인으로산업발전에크게이바지한화석연료의사용에따른이산화탄소배출량의증가, 그로인한지구온난화를지목하고있다. 이에국제사회에서는온실가스감축대책인교토의정서의청정개발체제사업에이산화탄소저감기술을중점연구분야로채택하고있으며우리나라도지속가능한성장이라는목적하에정책적으로지원하고있다인공적으로배출된이산화탄소를포집하여지하등에저장함으로써, 대기중온실가스를저감하여지구온난화의속도를저감하기위한기술이 CCS이다. 국제에너지기구 (IEA) 에따르면, 2050년까지지구의평균기온상승을 2 내로억하기위해필요한이산화탄소감축목표를달성하기위해서는총감축량의 17% 를 CCS가감당해야할것으로전망하고있다. 그외신재생에너지라던지에너지효율증대와같은방법이있을수있으나, 이미배출된이산화탄소감축을위한기술적대안으로 CCS의중요성은클수밖에없다. 물론미래의어느시점에서는에너지공급에있어서화석에너지이외의신재생에너지등이큰부분을담당하게되어, CO₂배출문제가감소되겠지만, CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:42

69 그동안에는 CCS가화석에너지시대와그린에너지시대를잇는가교기술 (BRIDGING TECHNOLOGY) 로서큰역할을담당할수있을것이다. 기술적으로보았을때이산화탄소의포집, 수송, 저장기술은전세계적으로실용화단계에와있다고판단되지만, 이를실현하기위한 CCS의실행을위한투자는세계경제상황의변화, 경제성에대한불확신, 기술적효율성, 각국정부의의지부족등으로지체되고있는실정이다. IEA에서제시한 2DS를달성하기위해서는 CCS부문에전세계적으로 2050년까지발전부문에서만 1,820억USD( 약 200조원 ) 67) 의투자가필요할것으로예상되는바, 이시장을준비하기위한기술개발은물론정책적배려및사회적공감대형성이요구된다. 특히, 상용화전단계에도기업이참여할수있도록, 자금지원이나세제혜택등비용에대한부담완화를포함한정부의지원이필요할것이다. 또한, CCS시설의건설시필요한대중수용성확보를위해우리나라의실정에적합한대중수용성 (Public Acceptance, PA) 확보매뉴얼을마련하고, 이를시행함에있어지역사회에충분히설명, 납득의과정을거쳐야할것이다. CCS는온실가스저감의현실적인대안임을인식하고, 관심과투자를통하여, 지속가능한경제발전을이룩하고이분야에서세계적인리더국가로자리잡아야할것이다. 67) Global CCS Institute, THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2012, 2012 맺음말 069 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:42

70 < 참고문헌 > 한국이산화탄소포집및처리연구개발센터, 2012 더워지는지구그원인과대책, 2012 기상청, 한반도기후변화전망보고서, 2012 한종훈, 임영섭, 국내외 CCS추진현황및전망, 그린에너지기술저널, vol.2, no.3, 국가 CCS 종합추진계획, 교육과학기술부외, 2010 한국경제신문, 탄소배출권시장사실상사망선고, 장경룡, 연소후포집기술및기술개발동향, 한국전력 (2011년 Korea CCS conference 자료 ) 박상도, 이산화탄소포집및저장기술, 물리학과첨단기술, Linde Group, Carbon (CO₂) Capture and Sequestration / Usage, 2011 박세환, 이산화탄소포집및재활용기술개발동향, KONETIC, 2011 Visiongain, The Carbon Capture and Storage/Sequestration (CCS) Market , 2010 THE GLOBAL STATUS OF CCS : 2013 Pachauri, R.K and Reisinger, Climate change 2007: Synthesis Report, IPCC, 2007 World Energy Outlook 2011, IEA Energy Technology Perspectives 2012, IEA Carbon Capture and Storage-Bringing Carbon Capture and Storage to Market, SBC Energy Institute, 2012 Frost&Sullivan, Market Opportunities for Carbon Capture and Storage, 2011 SBC Energy Institute, Carbon Capture and Storage, 2012 SBC Energy Institute, Carbon Capture and Storage, 2013 update CCS(Carbon Capture and Storage) 기술의사업화환경분석 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:42

71 County.pdf MBC, 북극의눈물, 2008 참고문헌 071 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:42

72 CCS 기술의사업화환경분석 - 임대현 (3 안 ) 완료.indd 오후 4:27:42