탄소 포집 및 저장 기술(CCS)의 현재와 미래

1. 서론: 기후 대응의 핵심 기술, CCS

지속되는 지구 온난화와 온실가스 배출 증가 속에서, 세계 각국은 탄소중립(Net Zero) 달성을 위한 다양한 해법을 모색하고 있다. 이 가운데 ‘탄소 포집 및 저장 기술(CCS: Carbon Capture and Storage)’은 화석연료 사용의 급격한 전환이 어려운 현실에서 온실가스 감축을 위한 핵심 기술로 주목받고 있다. CCS는 이산화탄소(CO₂)를 대기 중으로 방출하지 않고 직접 포집한 후, 이를 안전하게 지하에 저장하거나 다른 방식으로 활용하는 기술로, 산업 공정 및 에너지 생산 부문의 배출량을 획기적으로 줄일 수 있는 잠재력을 지닌다. 본 글에서는 CCS 기술의 원리와 현재 적용 현황, 기술적 한계, 미래 전망을 체계적으로 살펴본다.

 

 

2. CCS 기술의 개념과 작동 원리

탄소 포집 및 저장 기술(CCS)은 크게 세 단계로 구성된다: 첫째, 이산화탄소 포집(Capture), 둘째, 운송(Transport), 셋째, 저장(Storage) 또는 활용(Usage). 포집 단계에서는 발전소, 시멘트, 철강, 정유 등 대형 배출원에서 배출되는 이산화탄소를 선택적으로 분리하고 수집한다. 주요 포집 방식으로는 연소 전 포집(pre-combustion), 연소 후 포집(post-combustion), 산소 연소(oxy-fuel combustion) 등이 있으며, 이 중 연소 후 포집이 가장 널리 사용된다.

포집된 CO₂는 액화하거나 압축된 상태로 파이프라인 또는 선박을 통해 운송되어, 최종적으로는 지하 깊은 곳의 고갈 유전, 염수층, 탄층 등 안정적인 지질 구조에 영구 저장된다. 저장 외에도 포집된 탄소를 산업 원료, 인공연료, 건축자재 등으로 활용하는 CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)도 함께 주목받고 있다. CCS는 기술적으로 검증된 솔루션이지만, 각 단계에서의 비용, 효율성, 안전성 문제가 상존하고 있다.

3. 전 세계 CCS 기술의 도입 현황과 사례

현재 CCS 기술은 북미, 유럽, 아시아 일부 국가를 중심으로 점진적으로 확산되고 있다. 대표적인 사례로는 캐나다의 ‘보운드리 댐(Boundary Dam)’ 석탄 발전소 CCS 프로젝트, 노르웨이의 ‘슬라이프너(Sleipner)’ 해저 저장 프로젝트, 미국 텍사스의 ‘페트라 노바(Petra Nova)’ 탄소 포집 설비 등이 있다. 이들 프로젝트는 연간 수십만에서 수백만 톤의 CO₂를 포집하여 지하에 저장함으로써 실질적인 온실가스 감축 효과를 입증하고 있다.

2023년 기준으로 전 세계에 운영 중이거나 건설 예정인 대형 CCS 시설은 200여 개에 달하며, 이 중 상당수가 정유, 시멘트, 철강 등 고배출 산업군에 집중되고 있다. 한국 역시 ‘탄소중립 녹색성장 기본법’에 따라 동해 가스전 등을 활용한 해저 저장 실증사업을 추진 중이며, 석유화학단지를 중심으로 탄소 포집 인프라를 구축하고 있다. 그러나 글로벌 CCS 적용률은 여전히 낮으며, 국제에너지기구(IEA)는 2050년 탄소중립 달성을 위해 연간 70억 톤 이상의 이산화탄소를 CCS로 처리해야 한다고 전망한다.

4. CCS 기술의 한계와 논쟁

CCS는 분명 기후 대응에 유망한 수단이지만, 현실적으로 다양한 기술적, 경제적, 사회적 한계가 존재한다. 첫째, 경제성 측면에서 CCS는 초기 설비 투자비용이 매우 크고, 운영 비용 또한 높아 에너지 집약 산업에는 부담이 될 수 있다. 특히 이산화탄소 포집에는 많은 에너지가 필요하여, ‘에너지 페널티’ 문제도 제기된다.

둘째, 저장 안전성에 대한 우려도 여전히 남아 있다. 이산화탄소를 지하에 장기적으로 저장할 경우, 지진 등으로 인한 누출 가능성, 지질 안정성 변화, 지하수 오염 등의 잠재적 위험이 존재한다. 이러한 문제로 인해 지역 주민의 반발이나 환경단체의 반대에 부딪히는 경우도 있다. 셋째, CCS가 오히려 화석연료 산업의 연명 수단으로 이용될 수 있다는 ‘면죄부 비판’도 지속되고 있다. 즉, CCS에 대한 과도한 의존은 탈탄소 전환을 지연시키고, 진정한 에너지 전환 노력을 약화시킬 수 있다는 것이다.

5. 결론: 지속 가능한 CCS를 위한 과제와 전망

탄소 포집 및 저장 기술(CCS)은 현재로서는 필수 불가결한 기후 대응 수단 중 하나로 평가되지만, 장기적으로 지속 가능하고 신뢰 가능한 기술로 정착하기 위해서는 몇 가지 선결 과제가 있다. 첫째, 기술 혁신을 통한 비용 절감이 핵심이다. 저비용 고효율의 포집 기술, 안정적인 지하 저장 모니터링 시스템, 운송 네트워크 최적화 등을 통해 상용화 가능성을 높여야 한다. 둘째, 탄소세, 배출권 거래제 등과 연계된 경제적 인센티브 정책이 필요하다. 민간 기업의 투자 유인을 창출하기 위해서는 정책적 신뢰성과 예측 가능성이 담보되어야 한다.

셋째, 지역 사회와의 소통과 수용성 확보가 중요하다. CCS 시설은 지역 환경에 직접적인 영향을 미칠 수 있기 때문에, 사전 환경 영향 평가 및 주민 참여 기반의 정책 설계가 요구된다. 넷째, CCUS로의 확장을 통해 단순 저장이 아닌 자원 순환형 기후 기술로 진화할 필요가 있다. 궁극적으로 CCS는 재생에너지 확대, 에너지 효율 향상, 순환 경제와 병행되어야 할 ‘보완적 전환 기술’로서 이해되어야 하며, 과학적 기반과 사회적 합의를 바탕으로 전략적으로 활용되어야 한다.

앞으로의 기후 전략은 ‘감축’과 ‘흡수’를 모두 고려해야 하며, CCS는 이 두 축 사이에서 기술적 균형을 제공할 수 있는 중요한 연결고리이다. CCS의 미래는 기술만이 아니라 정책, 사회, 경제가 어떻게 조화를 이루느냐에 달려 있다.