탄소중립로드맵 2 Chapter 02 탄소포집활용저장기술동향과선도기업들 탄소배출을줄일수없다면배출된탄소를활용하자 딜로이트인사이트편집국 Deloitte Insights

1 2050 탄소중립로드맵 2 Chapter 02 탄소포집활용저장기술동향과선도기업들 탄소배출을줄일수없다면배출된탄소를활용하자 딜로이트인사이트편집국 Deloitte Insights

탄소포집활용저장기술동향과선도기업들 2 탄소포집 활용 저장기술 (CCUS) 은말그대로탄소를포집 (Capture), 활용 (Utilization) 또는저장 / 격리 (Storage/Sequestration) 하는기술로, 포집한이산환탄소를 자원화 하는것을일컫는다. CCUS는이미 1972년에의발베르데천연가스발전소 (Val Verde Natural Gas Power Plant) 에서활용되기시작하였고, 이후약 50년동안꾸준한발전을통해최근에상용화단계에이르렀다. 이에불을지피기위해테슬라 (Tesla) 의일론머스크 (Elon Musk) 최고경영자 (CEO) 는 4년간탄소포집기술경연대회에서 1기가톤의탄소포집기술을개발한팀에게 1억달러상당의기부금을내걸기도했다. 2021 No.19

3 2050 탄소중립로드맵 이처럼 CCUS 개발에이목이다시집중되는이유는뭘까? 파리기후협정 (Paris Climate Agreement) 에서약속한대로 2050년까지지구온도상승폭을 1.5 C까지낮추려면재생에너지사용의증가와에너지효율화그리고에너지사용의전기화 (electrification) 등이필수적이다. 이는산업구조를근본적으로개편해야가능한것인데, 당장은불가능하므로단계적으로개편하기과정에서 CCUS 기술이효과적인방안으로사용될수있기때문이다 1 ( 그림1). 그림 1 CCUS 가넷제로를달성하기위한효율적인해결책이될수있다 3,000 2,000 GW 1,000 0-1,000 2025 2030 2035 2040 2045 2050 년도기타배터리태양광PV 풍력원자력 CCUS 2025 7.21 75.7 225 154-82.0-5.63 2030 30.5 194 538 433-178 -79.6 2035 79.2 355 1,020 755-304 -206 2040 153 437 1,261 925-384 -308 2045 259 445 1,63 963-445 -358 2050 316 480 1,377 1024-515 -389 출처 : IEA, https://www.iea.org/articles/net-zero-by-2050-data-browser 1 그린피스, 10 분만에읽는 파리기후변화협정 A to Z, 2021 Deloitte Insights

탄소포집활용저장기술동향과선도기업들 4 자세히살펴보면, 탄소배출이높은산업군은철강 (25%), 시멘트 (25%), 화학및석유화학제품 (30%) 등이다. 2 이들은우리나라가모두보유하면서선도하고있는산업군이다. 탄소배출량이높은산업군을가지면서수출에의존하는나라일수록유럽이나에서도입과정에있는탄소국경세 (Carbon border tax) 의부담을질뿐아니라, 국내적으로도탄소세가도입되며이에 대한큰경제적인부담을지기에 CCUS 기술에대한투자와전략적인대책이불가피하다. 만약 CCUS 기술로탄소배출을어느정도상쇄시킬수있거나탄소배출권 (Carbon Credit) 을획득하여거래를할수있게된다면, 제2의수입을창출할뿐아니라기업이 CCUS기술을도입하게하는유인책이될수있다 ( 그림 2). 그림 2 산업군별탄소감출방안및목표 석유화학철강시멘트 100% 1.6% 2.8% 8.2% 13.2% 0.1% 2.0% 5.9% 12.6% 9.1% 2.7% 4.6% 75% 13.1% 28.7% 50% 100% 100% 99.9% 92.0% 87.4% 66.9% 90.9% 85.7% 53.3% 25% 2020 6.8% 5.4% 7.0% 2030 2050 2020 2030 2050 2020 2030 2050 혁신루트 기존방식 CCUS 기술적용 수소화전략 기타 출처 : IEA, https://www.iea.org/articles/net-zero-by-2050-data-browser 2 IRENA, A Summary of Reaching Zero with Renewables: Eliminating CO2 Emissions from Industry and Transport in Line with the 1.5 C Climate Goal, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 2020. 2021 No.19

5 2050 탄소중립로드맵 이산화탄소포집 활용 저장기술 (CCUS) 이란? 대기중의산소나수소와는달리이산화탄소나메탄의경우열 ( 적외선파장 ) 을복사하여방출하기때문에대기온도를상승시킨다. 3 지구온도상승을억제하기위해인류가경제활동을통해배출한탄소를가장효율적으로없애는방안을강구하기위해많은기업과연구소들이 CCUS 연구를진행해왔는데, 그림 3에서살펴보듯이총 4가지단계에서의각각의기술이필요하여각단계에투자또한시급한상황이다. 그림 3 CCUS 의도식 출처 : UNECE 웹사이트 3 빌게이츠, 기후재앙을피하는법 : 우리가가진솔루션과우리에게필요한돌파구, 김영사, 2021 4 흡수제또는흡착제로는아민류와같은알칼리흡수액이나제올라이트가있다. 5 ( 재 ) 한국이산화탄소포집및처리연구개발센터웹사이트 6 부피가너무커서비용이너무많이들기때문에파이프라인은최적의선택만이아니다. Deloitte Insights

탄소포집활용저장기술동향과선도기업들 6 첫번째는 포집 단계이다. 석탄및천연가스화력발전소, 제철소, 시멘트또는정유공장같은대규모산업공정시설에서생성된온갖불순물중에이산화탄소만을따로분리하는단계이다. 이산화탄소는대기중에분산되는성질이있기때문에이런산업공정시설에 흡수제 또는 흡착제 를설치하여이산화탄소만을걸러내는작업을해야한다. 포집방안으로는습식 4, 건식그리고분리막공정등이있는데, 습식이현저하게상용화단계에앞서있다고할수있다. 포집기술로는 1) 연소후포집기술, 2) 연소전포집기술, 3) 순산소연소포집기술등이있다. 연소후포집기술은흡수제를이용하여연소후배기가스에포함된이산화탄소를분리하는기술로기존발생원에서적용하기가장용이하며, 연소전포집기술은석탄의가스화또는천연가스의개질반응을통해합성가스를생산한후수성가스전이반응 (water gas shift reaction) 을통해수소와이산화탄소를포집하는방식이다. 순산소연소포집기술은질소성분을배제한순도 95% 이상의산소와재순환된배기가스를사용해미분탄을연소시켜이산화탄소와물이대부분을차지하는배기가스를생성하는과정을일컫는다. 5 두번째단계는 압축 ( 포집후공정 ) 및수송 단계이다. 보통분리된이산화탄소를전환할때고온의스팀가열기로 80에서 100기압의압력을가하면액화할수있다. 압축단계에서는 누가더적게열을사용하는가 가관건인데, 이과정에서사용된전기에너지량이총전기생 산량에서차지하는비율을측정하여공정비용 ( 고온수 증기를누가더적게사용하는지 ) 과기술의우수성을정 한다. 액화된이산화탄소는파이프라인 6, 트럭, 선박이 나다른이동수단으로심해지반과같은깊은지하퇴적 층에저장된다. 마지막단계는 저장 또는 사용및판매 로나뉜다. 수송 된이산화탄소를필요에따라저장하면 탄소포집저장 (CCS) 그리고다른목적으로활용하면 탄소포집활용및 판매 (CCU) 가된다. 필요에따라저장 탄소포집저장 CCS CCS 단계는보통액화된이산화탄소를지하퇴적층에 매립하여온실가스감축이라는단일한목표를지닌것 을말한다. 저장단계에서가장중요한것은안전하게지 하에매립을할수있는것을말하며, 이것이수송방법 과밀접하게연관이되어얼마나깊이그리고멀리매립 하는지에따라비용이측정된다. 다른목적으로활용 탄소포집활용및판매 CCU 2021 No.19

7 2050 탄소중립로드맵 반면 CCU는우선이산화탄소를전환 (Convert) 하여활용하는방안과그대로사용 (Use) 하는방법두가지가존재한다. 전환방법은이론적으로는다양하지만글로벌기술발전 ( 성숙도 ) 동향및실현가능성, 잠재성요인에따라크게세가지유망분야로분류된다. 첫번째는화학적전환으로, 이산화탄소에촉매반응을일으켜메탄올, 요소, 우레탄등의화학제품의원료로전환하는기술이다. 두번째는생물학적전환기술로광합성률이굉장히높은미세조류 ( 플랑크톤등 ) 를이용하여이산화탄소를화학물질로전환하여바이오자원화를하는것이다. 이들의광합성으로이산화탄소를물질로치환하는방법이기때문에화학적방법에비해굉장히느려비교적효율성이낮다. 세번째는광물학적전환방법으로광물탄산화전환으로광물질 ( 칼슘염등 ) 과반응시켜건축자재등을생산하는방식이있다. 그외에도고온의열을활용하여포집된이산화탄소를합성가스로변환한후에디메틸에테르 (DME) 와합성항공유를생산하는기술이있고, 전기화학적방법을사용하여합성가스, 에틸렌등의산출물을생성하는기술이존재한다. 현재 CCU의실현화를위해서는생산비용저감, 전환공정의효율성개선, 설비확장, 시장형성등여러가지도전과제가남아있지만많은기업들과정부가배출된이산화탄소를활용하기위한다양한방안을내놓고있다. 이산화탄소를그대로사용 (Use) 하는방안으로가장대표적인것은액화된이산화탄소를지하퇴적층에매립하여지하의압력을높임으로써원유를비교적쉽게채굴하는석유회수증진 (Enhanced Oil Recovery, EOR) 용으로저장하는경우다. 7 기술적으로보면흔히 CCS로혼동하는경우가많은데, 이는석유를쉽게채굴하는방식이므로이자체가온실가스감축목표로이산화탄소를매립하는것이아니라 CCU로분류된다. 또다 른방식으로는비닐하우스등에주입하는농축산업에서사용되는방안과음료수에주입하는방안이있지만수요가크지않을뿐아니라아직경제성이기존의제품에비해많이떨어지므로활용도가매우낮다. CCU의기술은수소화전략에서도빼놓을수없는기술이다. 전세계적으로 2050년까지수소에너지수요는 2015년에비해약 10배가까이증가할것으로예상되며, 이는전체에너지수요의 7% 에미칠것으로예상된다. 8 수소경제를크게는세가지로나눌수있는데, 그레이 (Grey) 수소, 블루 (Blue) 수소, 그린 (Green) 수소이다. 그레이수소는기존의화력발전소또는석유화학공정이나철강등을생산할때발생하는부산물로나오는수소, 즉부생수소와천연가스개질등을말하며, 블루수소는그레이수소를만드는과정에서 CCU 기술을활용하여탄소배출을줄이고수소만걸러낸것을일컫는다. 마지막으로그린수소는재생에너지전력으로수전하여생산된수소로온실가스배출이전혀없는공정을말하는데, 그레이수소에서그린수소로넘어가는방식이가장이상적이지만이또한단계적으로봤을때블루수소경제를거치지않을수없어보인다. 대신화석연료에서발생한이산화탄소를포집해서산업용도로사용할수있기때문에많은기업들이관심을가지고있다. 에쓰오일같은경우는수소제조공정에서발생하는다량의이산화탄소가포함된부생가스를공급하고, 동광화학은 CCU로부생가스에서이산화탄소를정제해산업및식품용액화탄산과드라이아이스를생산하고있다. 9 한국중부발전또한보령에연간 25만톤의블루수소를생산할수있는수소생산기지건설을위해 2조 5,000억원을투자하는것을논의중이며, 이르면 2025년중반즈음에수소생산및판매까지진행할것으로기대된다. 10 7 원유회수증진으로원유를채굴할수록압력이낮아져채굴이어려워지는문제를지층에이산화탄소를주입해압력을높임으로서해결하는방안이다. 8 딜로이트, 수소경제의본격화시점, 결코먼미래가아니다, 2020 9 S-Oil 웹사이트, 슬기로운 ESG 경영 중소기업성장돕고, 온실가스감축도, 2021.03.18 10 전기신문, 중부발전, 보령에블루수소생산기지, 2021.04.15. Deloitte Insights

탄소 포집 활용 저장 기술 동향과 선도 기업들 8 CCU를 활용하는 기업들 가장 활발하게 이산화탄소를 활용하는 산업군은 에 원과환원제가 존재하는 산업으로, 탄소자원화에 매우 너지 및 석유화학과 정유 회사들이다. 특히 쉘(Shell), 적합한 업종이다. 철광석에서 불순물을 제거하기 위해 셰브론(Chevron), BP, 엑손모빌(Exxon Mobil) 등의 석탄과 환원 반응을 일으키는 제선 공정에서 탄소가 주 기업은 지하 퇴적층에 이산화탄소를 저장함으로써 원 로 배출되는데, 독일의 티센크루프(ThyssenKrupp) 유 펌프질을 더 쉽게 할 수 있는 석유회수증진 방안을 는 이산화탄소를 탄소로 전환하는 탄소에서 화학물질 택하고 있다. 다만 이를 통해 감축된 탄소배출량은 단 (Carbon2Chem) 과 석탄을 그린 수소로 대체 환원하 순히 석유를 더 많이 증산하려는 것이라는 그린 워싱 는 수소 도로(Hydrogen Route) 를 시도하고 포집된 (Green Washing) 의 질타가 존재하여 아직까지는 온 이산화탄소를 암모니아, 메탄올, 고분자, 알코올 등과 실가스 감축량으로 인정을 받지 못하고 있다. 하지만 같은 화학 물질로 가공하는 것을 목표로 하고 있다.13 탄소 포집에 사용되는 투자금과 해당 기술로 상쇄된 스웨덴의 싸브(SSAB)와 유럽 1위 철강사인 아르셀로 탄소배출량을 고려하면 오히려 탄소배출권(Carbon 미탈(ArcelorMittal) 또한 수소환원제철 공법을 적용 Credit) 도입과 탄소 자원화를 위한 정부의 다양한 정 한 공장을 이미 신설하였다. 특히 싸브의 경우, 2026년 책 및 제도적 체계 조성이 필요할 것으로 보인다. 에 세계 최초로 석탄 등 화석연료를 전혀 쓰지 않는 그 국내에선 현대오일뱅크가 최근 탄소 포집과 정제 과 린 스틸 을 시장에 내놓겠다는 목표를 내걸었다. 포스코 정에서 발생한 부산물과 결합해 탄산칼슘을 제조하는 는 수소 사업 진출 선언에 이어 산업가스 수소사업부 및 것에서 더 나아가 메탄올도 상용화한다고 발표했다.11 탄소중립 제철기술 개발 조직인 저탄소 공정연구 그룹 롯데케미칼은 CCU설비를 공장 굴뚝에 설치하여 탄소 을 신설하였다. 를 폴리카보네이트(PC) 제품의 생산 원료로 사용하거 한편, 미세조류를 활용한 기관 중 한국지역난방공사 나 드라이아이스, 반도체 세정액 원료 등으로 만들어 가 열병합발전소 배기가스를 활용한 미세조류 광배양 인근 중소 화학사에 판매하고 있다. KC코트렐의 경 시스템을 개발 중이다. 이 기술이 개발될 경우, 발전소 우는 미세먼지뿐 아니라 화동 화력에 연소 후 건식 이 에서 내뿜는 배기가스를 30% 가량 감축하고 바이오 산화탄소 포집 설비를 설치하여 실증 사업을 수행하 디젤을 생산할 수 있으며 무엇보다도 의약품, 건강식 고 있다. 품, 화장품, 사료로 이용되는 항산화물질인 아스타잔틴 12 철강산업 또한 탄소 배출 저감을 위해 많은 노력을 의 순도 80% 이상 추출도 가능해 보인다.14 기울이고 있다. 철강 공정은 대량의 이산화탄소 배출 11 조선비즈, 이산화탄소 모아 건축자재로 활용 정유 화학사가 몰두하는 이 기술 2021.05.16 12 뉴데일리경제, "탄소의 자원화" 정유-석화업계, CCU 상용화 '가속도, 2021.05.03 13 카이스트신문, 기후변화의 주범 이산화탄소, 새로운 자원이 되다 2019.09.24 14 해럴드경제, 한난, 미세조류 활용 기술 상용화 2021.01.25 2021 No.19

9 2050 탄소중립로드맵 이분야에서스타트업의활발한활동도눈여겨볼필요가있다. 대표적인기업은캐나다의카본엔지니어링 (Carbon Engineering) 과의글로벌서모스탯 (Global Thermostat), 그리고스위스의클라임웍스 (Climeworks) 등이다. 카본엔지니어링은흡입기를이용해공기를빨아들이고, 수산화포타슘용액으로이산화탄소를분리한다. 글로벌서모스탯은다공성세라믹소재를이용해표면적을최대한으로넓히고아민기반흡착제를결합시켜스펀지처럼이산화탄소를빨아들이는데, 이는자동차의촉매변환장치에서아이디어를착안했다고한다. 클라임웍스 (Climeworks) 는흡입기로공기를빨아들인뒤, 흡착제성분이들어간필터로이산화탄소만을포집한다 (Direct Air Capture, DAC). 이회사는포집한이산화탄소를비닐하우스에제공해작물을잘자라도록돕거나코카콜라스위스에공급하여탄산음료를제조하는데사용한다고한다. 클라임웍스는카브픽스 (Carbfix) 와온파워 (On Power) 등의기업과함께아이슬란드에최대규모인오르카 (Orca) 프로젝트또한수행하고있다. 클라임웍스의 기술로걸러낸순도높은이산화탄소를카브픽스가 2 년안에탄산염광물로바꾸고광물화과정에필요한에너지는온파워가지열에너지로공급하는삼각협력모델을구축하여진행하고있다. 포집된이산화탄소를그대로사용하는기업으로는노바셈 (Novacem) 이있다. 이기업은최근포틀랜드시멘트 1톤을대체할때마다공기속에서 0.75 톤의이산화탄소를마그네슘규산염을사용해영구히붙잡아고정하는 녹색시멘트 개발에나섰다. 시멘트산업에서의탄소저감이중요한이유는원료인석회석을 1,500 C의고온으로가열하는데연료가많이드는데다, 원료속탄산칼슘을가열해생석회로만드는과정에서이산화탄소가발생하기때문이다. 포집된이산화탄소를활용하는기업으로는의란자테크 (LanzaTech) 가있는데실제로버진애틀랜틱항공 (Virgin Atlantic) 과협력하여탄소포집활용방법으로추출된지속가능항공연료 (Sustainable Aviation Fuels, SAF) 인에탄올을생성하여 2018년에보잉 747을운행하는데성공하였다 그림 4 탄소포집기술과포집된이산화탄소를활용하는스타트업리스트 기업 Airovation 기업설명 Airovation 의슈퍼옥사이드기반 CO2 를광물로변환시키는기술을보유하고있습니다. 또한이산화탄소를화학적전환방법을통해산소와물로변환시켜주는기술을보유하고있어공기청정기, 공조기분야에적용하고있습니다. 국가 이스라엘 Avro Technologies Avro 는좌초된천연가스, 플레어가스및비경제적인천연가스를더높은가치의제품으로전환하기위한솔루션을개발했습니다. 각생산공장은장기가스공급 ( 원료 ) 계약으로확보되고메탄올또는에탄올은사전판매를가능하게하였습니다. 당사의초기제품은메탄올이었지만이제는많은스핀오프기회가생겼습니다. 최근합성에탄올로이산화탄소를포획하고격리할수있는기회와관련하여새로운응용프로그램을개발했습니다. 탄소포집및재활용 (CCR) 기술은이산화탄소배출감소측면에서탄소포집및격리의모든이점을활용하는동시에막대한비용이드는 CO2 저장의단점을피할수있습니다. 캐나다 C2CNT C2CNT 는탄소나노튜브제품을출시하고탄소포집기술을라이선스하고있습니다. 당사의공정은재활용된이산화탄소로더저렴하고지속가능하며더나은품질의탄소나노튜브를생산하는것입니다. 캐나다 Caber Engineering Caber Engineering 은탱크터미널, 철도적재, 가스처리및탄소포집분야의엔지니어링회사이자업계리더입니다. 캐나다 Deloitte Insights

탄소포집활용저장기술동향과선도기업들 10 기업 기업설명 국가 Calera Calera Corporation 은탄소격리영역의전문업체입니다. 온실가스와 CO2 를포집하여지구온난화와해양산성화를완화시키고지구대기의 CO2 수준을감소시키는데기여합니다. 캐나다 Cambridge Carbon Capture Cambridge Carbon Capture(CCC) 는 IP 보호및 CO2 광물화기술을기반으로산업용 CO2 포집및저장 / 활용에대한획기적인기술솔루션을개발하고있습니다. CCC 의기술은현재탄소가격보다낮은가격으로산업용연소가스에서 CO2 를제거할수있는잠재력을가지고있으며, 이공정에서발생하는금속및기타광물부산물의판매로수익을올리고있습니다. 영국 Carbominer Carbominer 는 CO2 를포집하여이를저렴하고기후친화적인대안으로온실운영자에게제공합니다. 우크라이나 Carbon America Carbon America 는비용을저감하고배치를빠르게증가시켜탄소포집및격리 (CCS) 시장을선도하고있습니다. 당사는경쟁제품보다더빠르고저렴하며스마트하게이산화탄소를포집하고격리하는다중전략접근방식을사용합니다. Carbon Clean Solutions Carbon Clean Solutions 는산업용 CO2 포집기술을전문으로하는혁신회사입니다. 당사의획기적인아민촉진완충염 (APBS) 기술은운영비용과환경영향을크게줄여탄소포집및격리 (CCS) 기술을효율적으로만듭니다. 당사는최대 90% 의이산화탄소를제거하기위해발전소및산업설비에독점기술을적용합니다. 당사가개발한탄소포집기술은향상된에너지통합 CO2 포집프로세스와결합되었고, 재생가능한고급흡수제를사용하여이산화탄소를포집합니다. APBS CO2 포집기술은새로운발전소에내장되거나기존발전소에적용될수있습니다. 영국 Carbon Engineering Carbon Engineering 은대기에서직접 CO2 를포집하고이를깨끗하고저렴한운송연료로합성하는획기적인기술의상용화를선도하는청정에너지회사입니다. 당사는스쿼미시 (Squamish) 의파일럿플랜트에서 2015 년부터대기중 CO2 를제거하고 2017 년 12 월부터이를연료로전환하고있습니다. 캐나다 CarbonOrO CarbonOrO 는맞춤형아민흡수제를사용하여가스에서 CO2 를포집합니다. 주변조건에서원시가스 (CO2 포함 ) 는왼쪽흡수기바닥으로들어갑니다. 아민용액은가스흐름과역류하여위에서아래로흐르고가스에서 CO2 를흡수합니다. 아민용액은가열에의해방출되는탈착기로 CO2 를운반합니다. 전통적인아민탈착제는 120 C 이상에서작동합니다. CarbonOrO 탈착기온도는 70 C 까지낮아에너지를 10-25% 절약합니다. 또한산업환경에서일반적으로저렴한비용으로사용할수있는응축증기로가열을합니다. 탈착기가열을기존유틸리티와적절히통합하면에너지비용을최대 50% 까지절약할수있습니다. 탄소포집은 DAC 방법으로이루어지며원료가스를압축할필요가없습니다. 네덜란드 C-Capture Limited C-Capture Ltd 는 CO2 기반화학및엔지니어링에대한광범위한지식을활용하여가스흐름에서 CO2 를제거하기위한용매시스템설계에대한상향식접근방식을개발합니다. 영국 CleanO2 CleanO2 Carbon Capture Technologies 는난방산업을변화시키고있습니다. 현재캐나다에서주거용탄소포집장치를배치했으며전세계적으로기술을확대시키고있습니다. 당사는탄소제거기능을추가한 CARBiNX 라는상용탄소포집장치를개발했습니다. 열회수를통해에너지수요를줄이고탄소포집공정을사용하여귀중한부산물을생성합니다. 캐나다 Climeworks Climeworks 는상업적인이산화탄소제거기술을통해공기에서 CO2 를포집합니다. 직접공기포집 (DAC) 플랜트는주로낮은등급의열을에너지원으로사용하여필터로 CO2 를포집합니다. 그런다음순수 CO2 가스는상업농업, 식음료산업, 에너지부문및자동차산업을포함한주요시장의고객에게판매됩니다. 고객은탄산음료에필요한 CO2 또는탄소중립탄화수소연료및재료를생산합니다. 또한고객이배출량을저감시킬수있게포집된 CO2 를안전하게저장하여기후목표를실현할수있도록합니다. 스위스 2021 No.19

11 2050 탄소중립로드맵 기업 기업설명 국가 CO2 Solutions CO2 Solutions 는효소 / 미세물로탄소를포집하는선도적인혁신업체이며발전소및기타대규모고정탄소오염원에대한기술을상용화하고있습니다. 당사는연소후탄소포집방법을위해효소, 탄산탈수효소또는그유사체의사용을다루는광범위한특허출원및출원중인특허포트폴리오를구축했습니다. 캐나다 CO2Concrete CO2 Concrete 는탄소포집없이 CO2 배출을건축자재및제품으로전환하고있습니다. Compact Carbon Capture Compact Carbon Capture 의임무는 CO2 포집비용을줄이고탄소포집장비를보다쉽게 배치하고있습니다. 당사의기술을통해재생에너지및생산효율성을통해탈탄소화가어렵거나불가능한경우에도 CO2 배출을제거할수있습니다. 3C 기술은바이오에너지 CCS 를통해대기에서 CO2 를추출할수도있습니다. Equinor 와 Fjell Technology Group 등으로부터모든 IP 와노하우를이전받았습니다. 노르웨이 Ecoera 바이오숯혁신기업인 Ecoera 는지속가능한바이오숯시스템을통해탄소포집을포함한지속가능한소규모도시농업을가능하게하는기술을제공합니다. 스웨덴 Global Thermostat Global Thermostat 은대기및기타공급원에서직접이산화탄소를포집하는기술을개발하고상용화합니다. Gravitas Infinitum HDS International Innovator Energy Kilimanjaro Energy Gravitas Infinitum 은탄소포집, 바이오소재, 버려진플라스틱및전기차분야에서운영하는지속가능한임팩트지주회사입니다. HDS International 은첨단재생에너지, 폐기물관리, 조류바이오매스생산, 탄소포집및격리, 그리고포집된이산화탄소를다양한방법으로활용하고있습니다. Innovator Energy 의독점적인 CO2 포집기술로발전소배기가스에서 CO2 를분리합니다. 당사의포집방법은기존 CO2 포집프로세스보다 75% 적은에너지를필요로합니다. 당사의기밀 CO2 포집기술인 CO2 Evolution 은섭씨 28 도까지낮은온도의풍부한저온폐열로완전히구동되며기존 CO2 포집공정보다운영비용이 90% 더낮습니다. 연구개발회사인 Kilimanjaro Energy 는대기중 CO2 포집을위한공기포집기술의시연, 상용화및공표에참여하고있습니다. 대기탄소포집시스템인 ACCESS 의개발에중점을둡니다. LanzaTech LanzaTech 는산업용배출가스에서포집된탄소를재활용함으로써모든바이오매스자원에서생성된합성가스 ( 예 : 도시고형폐기물 (Municipal Solid Waste, MSW), 유기산업폐기물, 농업폐기물 ) 그리고개량된바이오가스로부터발생되는이산화탄소를포집하여재활용합니다. 당사의탄소재활용기술은양조장, 제철소또는매립지와같은배출원을개조하는것과같지만설탕과효모를사용하여맥주를만드는대신박테리아로오염물을연료와화학물질로전환합니다. Newlight Technologies Newlight 는공기와메탄기반온실가스배출을결합하여유성플라스틱의성능과맞먹는포집된탄소로만든플라스틱소재인 AirCarbon 을생산하는탄소포집기술을상용화했습니다. Novacem Limited Novacem 은영국런던에본사를둔산화마그네슘기반시멘트개발업체로, 시멘트산업을상당한 CO2 배출원에서 CO2 흡수제로전환시키는잠재력을보유하고있습니다. 영국 Oakbio Oakbio 는 CCU 회사입니다. Oakbio 는유해폐기물에서배출되는탄소를고부가가치제품으로전환하는기술을보유하고있고상대적으로가치가낮은바이오연료를생산하는다른회사와달리수익성이있는재생가능제품생산에중점을둡니다. Oakbio 의비즈니스모델은기존산업비즈니스와협력하여 Oakbio 의핵심기술을기반으로낮은설비투자및운영비용으로탄소포집및활용바이오공장을개발하는것입니다. Deloitte Insights

탄소포집활용저장기술동향과선도기업들 12 기업 OPUS12 기업설명 OPUS12 는 CO2 를화학물질과연료로재활용하는장치를개발했습니다. 당사의기술은모든 CO2 배출원에연결되고물과전기를사용하여 CO2 를세계에서가장중요한화학제품으로변환합니다. 당사는폐기물로버려지는것으로부터새로운수익원을창출하는동시에배출원의탄소발자국을줄일수있는기술을보유하고있습니다. 국가 Pond Technologies Pond Technologies 는기존산업현장에배치할수있는확장가능한탄소포집및활용기술을상용화한최초의회사중하나입니다. 당사는독점적인생장플랫폼을사용하여밀폐용기 ( 대형탱크 ) 에서빠른속도로조류를재배하여추가처리를위한대량의고품질조류바이오매스를생성합니다. Pond 의조류는기능식품 ( 아스타잔틴 ) 을포함한다양한제품으로전환됩니다. 당사의생장플랫폼은물손실이없고기존산업현장의토지면적을최소화하는모듈식의확장가능한볼트연결솔루션입니다. 캐나다 Skyonic Skyonic Corporation 은장기저장을위해이산화탄소배출을고체로변환하는환경기술회사입니다. 당사는연소후탄소포집및격리기술인 SkyMine 을제공합니다. SkyMine 기술은컨디셔닝된온도의연소가스에서중금속, 산성가스및이산화탄소를제거하고탄소배출을안정적인중탄산나트륨으로저장하여토지또는광산에채움으로써장기저장하고배출을위해연소가스를플랜트스택에반환합니다. 당사는시설및장비의건설, 설치및유지보수를위한서비스도제공합니다. Summit Power Group Summit Power Group 은 EOR 를위한탄소포집프로젝트, 고효율천연가스화력발전프로젝트, 유틸리티규모의 PV ( 태양광발전 ) 태양에너지프로젝트및대규모풍력발전프로젝트를포함한청정에너지솔루션업체입니다. 광범위한연료및화학시장에서근본적인변화는 Summit 의탄소포집사업부가 EOR 용 CO2, 비료용요소및암모니아와같은부가가치산업제품생산을적극적으로할수있는기회를창출했습니다. Svante Svante 는배출집약적산업의기업에안전한저장을위해기존인프라에서대규모배출 CO2 를포집하거나폐쇄루프에서추가산업용도로재활용할수있도록상업적으로실행가능한 CCUS 기술을제공합니다. Svante 는기존솔루션의자본비용의절반미만으로직접 CO2 를포집할수있는능력을통해산업규모의탄소포집을실현합니다. 캐나다 Syngip B.V. Syngip 은 CCU 의생명공학기술회사입니다. 당사는탄소와수소를포집하여재생가능한생화학물질과바이오연료를생산할수있는박테리아를생성합니다. 네덜란드 ThermoEnergy ThermoEnergy 의청정연소기술인 POXC (Pressurized Oxy-Combustion) 는기존화석연료에의존하는전력생산자와제조업체가저렴한에너지원을활용하는동시에거의모든대기배출을제거하고완전한 CO2 포집을달성할수있도록합니다. 당사는 Unity Power Alliance 를통해 POXC 의상용화를추구하고있습니다. UNO Technology UNO Technology 는화석연료사용으로인한온실가스배출을줄이기위해전세계적으로관련된 CO2 포집기술을개발했습니다. 이러한기술은 UNO MK 3 용매포집프로세스에중점을두고 CCS 포집프로세스의주요구성요소에대한비용절감을제공합니다. UNO MK 3 는고효율방식으로작동하는침전탄산칼륨세정용액을사용하여산업용가스흐름에서 CO2 를제거하는폐쇄루프흡수제거시스템으로현재기술에비해많은이점을제공합니다. 여기에는낮은비용, 낮은에너지사용, 낮은환경수명주기영향및제품수익잠재력이포함됩니다. 호주 Wildcat Discovery Technologies Wildcat Discovery Technologies 는충전식및 1 차배터리용고급소재개발에초점을맞춰에너지응용분야를위한새로운소재를개발을위한플랫폼회사입니다. 당상의사업에는가스저장, 탄소포집, 열전기및구조재료를포함한다른응용분야의재료에대한공동개발프로젝트도포함됩니다. Wildcat 은자동차, 전자, 의료, 군사및소비재산업전반에걸친글로벌재료공급업체, 셀제조업체및 OEM 을포함하여배터리공급망전반의기업리더들과파트너십및협업기회를추구하고있습니다. 출처 : 딜로이트분석 2021 No.19

13 2050 탄소중립로드맵 CCUS 의순편익및효과 CCUS는경제성이뒷받침되지않는다면상용화하기매우어려워진다. 현재까지는 1톤의이산화탄소를처리하는비용의범위가굉장히큰데, 클라임웍스의경우이산화탄소를포집하는데드는비용은 1톤당 USD600-USD1,000 수준이지만이를 2024년까지 USD200까지낮춘다는목표를세웠다. 15 앞서 2018 년에하버드대학교물리학과데이비드키스 (David Keith) 교수가이산화탄소포집비용을 1톤당 USD94-232까지낮출수있다는분석을내놓아이기술의상 용화에대한기대를높인바있다. 16 하지만설치비용또한만만치않다. 영국의하이넷노스웨스트잉글랜드프로젝트 (Hynet North West England Project) 는매년 1.1메가톤 (1MT=100만톤 ) 의이산화탄소를감축하는프로젝트로서초기투자비용이 9.2억파운드에달했다고한다. 17 따라서경제성에대한의문점이많이드는가운데, CCUS 상용화를하기위한방안으로탄소가격제 (carbon pricing) 와연동시키는방안을강구하고있다. 18 Interview CCUS 의경제성을분석하기위해서는 CCU 와 CCS 를별도로놓고생각해야한다 공주대학교권이균교수 CCUS 의경제성을좀더깊이연구하고자딜로이트인 사이트팀은공주대학교석유지질학을연구하시는권이균 교수와일문일답을진행하였다. 권교수는 CCUS 의경제성을분석하기위해서는 CCU 와 CCS 를별도로놓고생각해야합니다 라고답했다. CCS 의 경우는, 대형화가중요합니다. 즉, 규모의경제가적용됩니 다. 예를들면, 100 만톤 CCS 의사업과 400 만톤의 CCS 사 업의경제성을비교하면, 400 만톤의경제성이훨씬높게 집계됩니다. 시설투자비와운영비용은비례적으로증가하 지않기때문입니다. 비용을절감하는기술을개발하는것, 효율을높이는운영기술을개발하는것모두중요하지만, 15 클라임웍스웹사이트 16 UK Government, Delivering Clean growth: CCUS Cost Challenge Taskforce report, 2018. 17 Ibid. 18 IEA, Is Carbon Capture too Expensive?, 2021.02.17. Deloitte Insights

탄소포집활용저장기술동향과선도기업들 14 근본적으로는대형화효과에의해경제성이생기게됩니다. 그런데탄소가격이올라가는추세잖아요? 따 라서기술발전으로 CCS 는비용또는단가가점점내려간다고하면언제접점 (crossover) 시기가오느냐 에따라경제성을예측할수있을것입니다 ( 그림 5). 그림 5 CCS 의상용화지점 CCS 상용화지점 국가적지원확대 -자금지원 -보조금 -대출보증 양적메커니즘도입 (ETS 등 ) 탄소가격상승 탄소가격 CCS 비용 기술개발 / 실증일부특정산업적용광범위한범위적용 1st 게이트웨이기술적실현가능성, 비용저감 Threshold 등 2nd 게이트웨이추가적비용절감, 관련기술 / 인프라발전및연계강화등 출처 : 딜로이트재작성 IEA(2017) 자료기반 하지만 CCU는전혀다른논리이다. CCS는매립하고저장하는고정비용이많이들어사업의규모를최대화시키는것, 즉톤당비용을저감하는것에초점을맞춰야한다면 CCU는제품을만들어내서시장에서거래를해야하기때문에초기투자비용보다는제품의가격경쟁력, 즉시장을통해얼만큼의매출을일으키는지가관건이다. 이에대해권교수는 CCU 기술을통해 ( 대표적으로 ) 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 일산화탄소, 메탄올등 30-40개의생성된물질은시장에오랜시간동안존재한연료나원료입니다. 이미수백년동안을걸치면서최적화된기술로가격이형성되었다는것을의미합니다. 그런데 CCU를통해이산화탄소를포집하는비용도많이들고, 이산화탄소자체가굉장히안정된 화합물이므로이를다시분해해서다른제품으로만드는것에도제품별로많은연료와공정비용이들어가기때문에일부는경제성을가질가능성을가지고는있지만쉽지만은않을것으로보입니다. 즉, CCU 제품의경제성을분석하려면비용이톤당계산이되는데, 얼마나수익이나는것인가의문제이기때문에비용분석 (cost analysis) 이더중요한것이아니라매출또는수입원에대한예측이중요합니다. 그런데탄소가격이국가마다다르고시기마다다르며탄소세그리고탄소국경조정세까지가동되는방법에따라수익률은매우달라지겠 CCU 는제품을만들어내서시장에서거래를해야하기때문에초기투자비용보다는제품의가격경쟁력, 즉시장을통해얼만큼의매출을일으키는지가관건이다 2021 No.19

15 2050 탄소중립로드맵 죠. 따라서 CCU의경제성을예측하는것은가능하겠지만굉장히어려울겁니다. 따라서 CCU 기술을기업들이상용화하려면정부는 공공적인기능 을지닌다는것을인지하고 CCU 제품에대해경제적인센티브또는편익을주는것이중요할것으로보입니다 라고답했다. 물론기술적인혁신이일어나서 CCUS의가격을낮출수는있을것이다. 이를위해많은기업들이많은노력을하고있지만, CCUS는복잡하고융복합적이라탄소기술로비용을획기적으로줄이는것은결코쉬워보이지않는다. 또한탄소포집 수송 활용 저장단계에서어느단계의기술을발전시켜비용을확연히줄이는것은사업마다상이하기때문에한단계를정해서기술투자를한다는것은의미가없다. 예를들면, 수송경로또는거리에따라 CCUS의비용구조는매우달라진다. 육지 (onshore) 사업보다는연안 (offshore) 사업비용이훨씬더크므로 CCUS의단계에서차지하는수송비용이굉장히높아지게 비용을낮추기위해 CCUS 전공정의최적화기필요하며특히사업의대형화를통해비용을낮추는것이비용을낮추는데그게기여할것이다. 또한해외사업추진을위해양자간혹은다자간크레딧메커니즘창출과 CDM 체제의활용등도매우중요한사업모델이될것이다. 된다. 반면수송의거리가비교적짧은경우포집단계가비용구조에서높게차지하게된다. 따라서비용을낮추기위해 CCUS 전공정의최적화기필요하며특히사업의대형화를통해비용을낮추는것이비용을낮추는데그게기여할것이다. 또한해외사업추진을위해양자간혹은다자간크레딧메커니즘창출과 CDM 체제의활용등도매우중요한사업모델이될것이다. 권교수는다음과같이말했다. 포집기술은매우오래된기술이기때문에범용화되어있습니다. 다만, CCUS 기술이복합적이기때문에각탄소포집 수송 저장단계에따라서기술수준이매우상이합니다. 2019-2020년에실시한 100여명에게설문조사를한결과, 평균을내서계산하는것은의미가없을수는있으나, 굳이기술의발전정도를비교해보면선도국대비국내 CCUS의기술수준은 80% 정도에도달했고, 기술격차는 2.5년정도된다고할수있습니다. 여기서말하는선도국은 CCS와 CCU에따라매우다릅니다. 저장기술은대표적으로노르웨이가있지만, 캐나다와호주등또한선도하고있는데, CCS를잘하는국가들의특징을보면석유 가스산업을보유하고있는국가들입니다. CCU 기술은, 호주, 독일그리고영국이선도하고있습니다. 최근 에는인도와중국도 CCU 기술발전에많은기여를했습니다. 즉, 석유 화학쪽으로발전한나라들이 CCU를선도한다고할수있죠. 그럼어떤지원정책이있을까? 권교수는 CCUS 기술은공공적인기능이확실히존재하니구매할당제, 우선구매제, CAPEX에대한지원금, 정부보조금, 출자, 출연및기금형성등을통한 CCU 제품에대한경제적인센티브와편익을주는다양한방안이어느정도는필요할것입니다. CCS의경우는부지및시설에대한투자그리고운영비를지원해줄수있겠지만, CCU의경우는제품을 구매제, CAPEX에대한지원금, 정부보조금, 출자, 출연및기금형성등을통한 CCU 제품에대한경제적인센티브와편익을주는다양한방안이필요할것이다. Deloitte Insights

탄소포집활용저장기술동향과선도기업들 16 판매하기때문에직접보조금은힘듭니다. 직접보조금은 WTO 협정과합치하지않기때문이죠. 대신시설보조금은어느정도허용될수도있습니다. 하지만이를결정하는것은매우어려운일입니다. 그나마이를돕고결정하기위해출범한것이 K-CCUS 추진단입니다. 더나아가, 현재까지는 CCUS와관련된개별법은있지만, 독립법이부재했습니다. 2021년에시작된다부처공동사업인 R&D과제도있는데요, 제 5세부과제가 CCUS 단일법을만드는것입니다. 단일법을만들때경제적인센티브를연구하는팀이존재합니다. 즉, 법률안에우리나라시스템을반영해야할것입니다 라고대답했다. 하지만더중요한것은기업의 CCUS에대한이해도다. 아무리정부의지원정책이존재한다고하더라도기업자체적으로온실감축에대한필요성이생기기시작한것은 NCD 이후여서현재로서는국내법, 해외진출시규제를극복하는방안과경험그리고국제적네트워크가비교적부족한상태이다. 권교수는 기업들은구체적이고현실적으로 CCUS의비즈니스모델을만들어갈필요가있습니다. 또한정부가정책을내놓기이전에법적규제및환경을좀더상세하게파악하여 CCUS의생태계가형성되기전까지강력한지원책의근간이될만한정보를제공할필요도있어보입니다. 의경우이산화탄소를톤당감축시킬때마다 USD 50의세금을감면시켜주는지원책이있습니다. 따라서현재기업들은 300만톤이상의사업을활발하게벌이기도하죠 라고말했다. 아직까지는탄소포집부터수송, 저장또는활용하는데많은초기비용과유지비용이들기때문에경제성에대한의문이컸지만, 최근스타트업인클라임웍스가이익을내면서이에대한비즈니스모델이주목을받기시작했다. 그것은다름아닌이산화탄소량을제거해주는구독서비스모델이다. 클라임웍스는소규모의확장가능한조립식설비를운영하여매달 7유로에서 21유로그리고 80유로등을내고가입을하면각각매년 85kg, 255kg, 1톤상당의이산화탄소를제거해주 는데, 이서비스를이용하는글로벌기업과개인이매년증가하고있다. 독일완성차업체인아우디 (Audi) 는 1,000톤, 핀테크기업인스트라이프 (Stripe) 는 333톤의이산화탄소를제거하는계약을클라임웍스와맺었다. 클라임웍스는이산화탄소를포집해판매하는것만이아닌제거해주는서비스자체를판매하여확실하게감축된이산화탄소량을측정할수있을뿐아니라수익을내는모델까지개발하여국내기업에많은시사점을주고있다. 2021 No.19

17 2050 탄소중립로드맵 CCUS 와탄소가격제와의관계 탄소가격제에는 ( 탄소 ) 배출권거래제도 (Emissions Trading System, ETS) 19 와탄소세 (Carbon Tax) 가있다. ETS는이미배출된탄소의가격을시장에의해결정하게만드는것이지만탄소세같은경우는각각의정부가탄소 그림 6 시장에의한탄소가격결정 탄소배출권가격 배출이전에가격을미리정해놓는다는차이점이존재하다. 배출권거래제도는할당량이상의온실가스배출에대한비용을부담하는것뿐만아니라, 온실가스배출량감축분에대한경제적인인센티브를제공한다. 20 한국도 수요곡선 공급곡선 K-ETS 시장을 2015년에도입하여 2021년부터제3기탄소배출권거래제도가시행되고있고, 유럽과같이배출권비축제도또는시장안정화예비분 (Market Stability Reserve, MSR) 의확대또한예상된다. 그렇다면시장에서탄소배출권가격은어떻게결정될까? 그림 6에서보는것과같이현재탄소가격이 p* 지점에서배출량 q* 이시장에서정해진다면, 배출량을줄이 p* 0 그림 7 q* 배출량 배출총허용총량과탄소배출권거래시장 기위해서는 ETS캡 ( 배출허용총량 ) 을 q* 안쪽으로배치해야할것이다. 그런경우, 공급곡선이줄어들어탄소가격은자연스럽게올라갈것으로예상되지만시장논리만적용을한다면탄소가격을낮추는방법은규제완화를통해공급 ( 포집된탄소량 ) 을늘리거나수요를줄이면된다. 즉감축된이산화탄소를톤당계산하여이에대한배출권을획득하여이를시장에내놓게되면공급이늘어나고, CCUS기술도입의상용화등으로기업의배출권수요가줄면탄소가격은자동적으로안정화가될것이다. 국제적으로배출권시장간연동이된다면해외에서의사 탄소배출감축비용 가격불확실성 배출량불확실성 ETS캡 ( 배출허용총량 ) 탄소세한계편익 (MB) 한계비용 (MC) 탄소배출감축량 19 탄소배출권거래제도는현재 CCS 는포함하고있지만아직 CCU 는포함하지않지만 CCU 가포함되면조화된수명주기평가 (harmonized life cycle assessments, LCAs) 와함께모티터링프로토콜이도입되어야할것이다. 20 인센티브제도는흔히청정개발체제 (CDM) 로온실가스감축의무가있는선진국이개발도상국에투자하여시행한사업에서발생한감축분을선진국의감축실적으로인정하는제도로온실가스감축의무가있는선진국에게는비용효과적인온실가스감축을개발도상국에게는환경적, 기술적, 경제적지원을동시에제공할수있는사업체계가도입됨으로인해국가간탄소거래가가능해지도록하고있다. Deloitte Insights

탄소 포집 활용 저장 기술 동향과 선도 기업들 18 업활동을 통해 얻은 배출권을 국내에서도 거래를 할 수 것이므로, 당장은 탄소세 도입 및 ESG(환경 사회 지배구 있게 되고 반대의 경우도 가능하다. 그러면 가격 변동성 조)와 관련된 펀드 및 보조금 운용으로 수요 급등의 속도 으로 제 2의 수입이 생기지만, 현 상황에서는 CCUS의 상 를 조절하는 수밖에 없을 것이다. 용화 및 에너지 전환이 안되어 있으므로 가격의 불안정화 현재 K-ETS의 가장 큰 장벽으로는 글로벌 시장 간 연 로 인해 기업들은 실제 탄소세를 탄소가격제 보다 선호하 계 및 거래 가능한 기간의 이월제도이다. 우선 탄소 배출 는 경향을 보인다. 아직 국내에는 도입이 안되었지만, 탄 권을 거래하기 위해서는 이에 대한 시장을 일국 내로 국 소세는 한계비용과 한계편익이 교차하는 지점에 적용하 한시키면 안 된다는 지적이 나온다. 우리나라는 탄소배 는 것이 가장 이상적이다(그림 7). 다만, 탄소세는 배출할 출량이 많은 산업군을 가진 나라이기 때문에 탄소포집기 당량이 정해져 있지 않으므로 온실 가스 감축 효과가 탄 술 및 활용에 투자를 적극적으로 하면서 감축한 탄소배출 소 배출권거래제보다는 덜 할 수 있으므로, 국가 온실가 량으로 배출권을 획득할 수 있어야 할 것이다. 따라서 다 스 감축목표(NDC) 달성을 위해서 산업계를 근본적 른 국가와 연계하여 시장을 넓힐 수 있다면 배출권거래 으로 바꿀 수 없다면 탄소를 포집하여 이를 저장하거 제도로 인한 후방 산업에 대한 투자, 즉 CCUS 기술을 활 나 활용하는 방안을 택해야 할 것이다. 그리고 CCUS 용한 산업에 대한 투자가 더 활성화될 수 있을 것이다. 두 기술의 발전과 활성화로 인해 탄소배출권 가격이 안정화 번째로는 배출권의 거래 기간이 연간으로 정해져 있어 해 가 되면 배출권 구매 부담도 줄어들 뿐 아니라 실제 온실 당 기간 내에 거래를 못하면 다음 연도로 이월이 활성화 가스 감축 효과까지 가져오니 일석이조의 효과를 거둘 된다면 탄소 가격에 따라 이윤을 창출할 수 있는 발행시 수 있을 것이다. 현재의 상황을 유지하면(BAU) 탄소배출 장(primary market) 뿐 아니라 유통시장(secondary 권에 대한 수요가 계속적으로 늘어나 탄소 가격을 높일 market)까지 형성이 될 수 있을 것이다. 2021 No.19