[사이언스리뷰] CCUS 기술과 융합한 바이오 메탄 활용

▲ 윤여일 한국에너지기술연구원 책임연구원

지구온난화 문제를 해결하기 위한 온실가스 감축은 현 시대를 살아가는 지구촌의 난제다. 문명과 경제 발전을 위해서는 에너지를 꼭 사용해야 하는데, 온실가스 발생이 없는 에너지 확보는 아직도 어려운 상태다. 인류가 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석에너지를 사용하는 한 기하급수적으로 온실 가스가 증가하는 것은 자명하기에 에너지와 환경은 뗄 수 없는 종속적 관계이다. 현 시점에서 이 난제를 해결하기 위한 방법은 '원자력 에너지 사용 확대', 'CCUS(이산화탄소 포집, 전환, 저장)기술 사용', '신재생에너지로의 대체'이다.

원자력 발전소는 화력 발전소에 비해 무탄소 발전원임은 맞으나 안정성에 문제가 있다. 국제원자력사고등급 중 가장 심각한 6~7등급의 사고가 키시팀(1957, 6등급), 체르노빌(1986, 7등급), 후쿠시마 (2011, 7등급)원전에서 일어나 인류에게 재앙을 안겨준 바 있다. 또한, 60년 이내의 운전 수명을 마친 후 완전 해체에 소모되는 시간이 최소 20년 이상 소요되므로, 독이 어느 곳에 담겨 있을지 모르는 독배를 선택하는 격이라 할 수 있다.

CCUS 기술은 화력 발전소, 제철소, 시멘트 시설에서 대기 중으로 이산화탄소를 대량 배출하기 전에 포집한 후 연료나 유용한 물질로 바꾸거나, 지하 1000m 내외의 대염수층 또는 폐유전에 영구 격리하는 방법이다. 이 기술 역시 t당 1 만원 이하인 탄소배출권과 비교해볼 때, 5~7배 정도로 처리 비용이 비싸다는 점과 이산화탄소를 다른 유용한 화학물질로 단기간에 바꾸기 위해서는 전기, 열, 수소 에너지를 과도하게 사용하므로 배보다 배꼽이 더 커진다는 역설적 단점이 있다. 청정에너지라고 할 수 있는 신재생에너지가 현재 화석에너지를 전량 대체하지 못하는 이유는 신재생에너지가 가지고 있는 한계성 때문이다. 태양, 풍력, 지열, 해양, 수력 등 재생에너지는 에너지 생산 시간이 간헐적이고 효율이 낮다. 또한 연료전지, 수소에너지, 액화 석탄 같은 신에너지는 신에너지 변환을 위한 출발 물질이 아직 화석에너지이므로 상용화에 한계가 있다.

이처럼 지구온난화 문제를 해결하기 위한 세 가지 기술을 개발하는 길은 참 험난하다. 그런데 최근에 반가운 소식이 들려오고 있다. 바로 신재생에너지 중 하나인 바이오 가스 기술과 CCUS 기술의 융합이다.

최근 홍성의 한 업체가 이산화탄소 포집 기술(KIERSOL)과 바이오 가스 기술이 융합된 바이오 메탄 가스 발전소 건설 계획을 발표했다. 2012년 환경부 자료에 의하면, 한국에는 현재 23개의 바이오 메탄 시설이 설치되어 있다. 그런데, 면면을 살펴보면 바이오 메탄을 고순도화하기 위한 기술을 대부분 미국, 일본, 스웨덴, 독일에서 수입해 사용하고 있으며, 물리적 분리법을 사용하므로 효율이 매우 낮기에 바이오 메탄을 연료로 활용하기가 어렵다.

이러한 시점에서 대용량 이산화탄소 포집을 위해 개발한 CCUS 기술을 바이오 가스 고순도화에 융합하여 사용하는 방안이 제시된 것이다. 바이오 메탄을 효율적으로 활용한다면 연속 생산이 가능한 고순도 메탄 활용, 온실가스 감축, 스마트 팜과 연계된 농업용 이산화탄소 활용, 비료 생산이 가능하다.

2010년 전체 에너지 중 신재생에너지는 세계 평균 5.4%에 불과하지만, 2020년 및 2030년에는 각각 11.5%, 17.7%로 그 비중을 올리겠다고 발표하고 있다. 다양한 신재생에너지 중에 바이오 가스 활용은 온실가스감축효과, 연속성이 있는 에너지 생산, 높은 효율 등 다른 신재생에너지가 갖지 못한 장점을 갖추고 있다.

따라서, CCUS기술과 융합한 바이오 메탄 이용의 활성화는 미래 에너지 문제와 지구온난화 문제를 동시에 해결하기 위해 고군분투하고 있는 인류에게 난제를 해결할 수 있는 열쇠 중 하나가 될 것으로 기대한다.