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- 74개 방법 중 8개만이 2030년까지 기후 목표를 달성하는 데 기여할 수 있어
- 다른 많은 방법은 절약한 것보다 훨씬 더 많은 배출량을 생성, 8개만 기준 충족
- 전기와 수소의 탈탄소화가 중요, 더 많은 표적 투자 필요
- 선형(linear) 사용에서 순환(circular) 사용으로

CO2 포집: 기후 보호에 도움이 되는 것은 무엇일까?
2030년까지 CCU 기술은 성숙해지고 배출이 충분히 낮을 것이다.

시간과의 경쟁:
CO2 포집 및 전환(CCU)은 여전히 ​​기후 보호 목표를 달성하는 데 중요한 것으로 간주된다.
어떤 CCU 기술이 2030년까지 기후 보호에 측정 가능한 기여를 할 수 있을 만큼 충분히 개발되고 배출이 충분히 낮을까? 연구원들이 최근 74개의 그러한 방법에 대해 이것을 조사했다.  

▲ 2030년과 2050년까지 기후 보호 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있는 CO2 분리 및 사용 기술은 무엇일까? © 3sbworld/ 게티 이미지

그 결과 74개 방법 중 8개만이 2030년까지 기후 목표를 달성하는 데 기여할 수 있으며, 다른 많은 방법은 절약한 것보다 훨씬 더 많은 배출량을 생성한다.

온실 가스 배출을 줄이는 것만으로는 파리 기후 협약의 목표를 달성할 가능성이 줄어들고 있다. 이러한 이유로 배기가스 또는 공기에서 이산화탄소를 분리하고 영구적으로 저장하거나 다른 제품의 원료로 사용하는 탄소 포집과 같은 기술 솔루션이 점점 더 주목받고 있다.

CO2는 어디로?

파일럿 플랜트에서 이미 테스트된 탄소 포집 및 활용(CCU) 방법에는 공기 또는 배기가스의 CO2를 메탄올과 같은 화학 원료 혹은 합성 연료로 전환하는 것이 포함된다. 이를 위해서 일반적으로 전기분해로 인한 수소가 필요하지만 전기분해가 필요하지 않고 태양열과 촉매만 사용하는 이른바 태양에서 액체로의 공정도 있다. 다른 접근법은 미세조류를 사용해 광합성을 통해 배기가스의 CO2를 바이오매스로 결합시킨다.

산업 및 발전소 배기가스에서 CO2를 분리하고 탄산염 암석 또는 콘크리트와 같은 고체 물질에 결합하는 방법도 이미 테스트 중이다. 이러한 고체는 건축 자재, 충전재 또는 시멘트 대체물로 사용될 수 있으므로 CO2가 더 오랫동안 순환되지 않도록 한다. 이 광물화는 철강 산업에서 CO2를 도입하여 철강 슬래그를 사용 가능한 탄산염으로 변환하는 테스트도 진행 중이다.

분리된 CO2를 식물 육종이나 화학 및 식품 산업의 원료로 직접 사용하는 것도 가능하다. 대기에서 포집된 CO2는 화석 연료 추출이 계속되는 한 지하 저장고에서 석유와 가스를 내보내는 데 사용될 수도 있습니다. 그런 다음 CO2는 지하에 저장된다.

타당성 및 방출 균형을 자세히 들여다 보다.

가까운 미래에 어떤 CCU 기술이 효율적이고 적용 가능할까?
이것이 Radboud University의 Kiane de Kleijne와 동료들이 조사한 내용이다. "CCU는 처음에는 좋게 들린다. 문제가 있는 배기가스를 가져와 가치 있는 제품으로 변환한다"며 "그러나 이를 위해 필요한 프로세스는 에너지를 소비하고 종종 포집된 CO2는 제품 사용을 통해 잠시 후에 다시 방출된다"고 연구원은 말했다.

따라서 팀은 현재 계획, 연구 또는 이미 테스트된 CO2 포집 및 전환 기술의 실제 배출량 균형을 조사했다. 연구원들은 2030년 또는 2050년까지 기후 보호에 상당한 기여를 할 수 있을 만큼 충분히 기술적으로 성숙한 CCU 접근 방식을 결정했다. 이를 위해 그들은 44개의 다른 CCU 기술과 이러한 기술과 CO2 소스의 74가지 다른 조합에 대한 연구를 평가했다.

74개 방법 중 8개만 기준 충족

오늘날 논의된 대부분의 CCU 기술은 파리 기후 목표 달성에 기여하지 않을 것이다.
de Kleijne의 동료인 Heleen de Coninck는 "일부 기술은 수명 주기 동안 CO2 배출량을 충분히 감소시키지 않으며 다른 기술은 제때 사용할 준비가 되지 않을 것이다"고 설명했다.

따라서 조사된 74개의 CCU 방법 중 8개는 2030년에 설정된 기후 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있다. 2050년까지 순 배출 제로를 달성할 수 있는 곳은 단 4곳에 불과하다.

CCU 기술 중에 탈락된 방식에는 CO2를 합성 연료로 변환하는 기술이 포함된다. 이러한 연료는 빠르게 재사용되기 때문에 CO2를 다시 빠르게 방출한다. 이렇게 하면 화석 연료가 절약되고 그에 따라 추가 배출량이 줄어들지만 대기 중 CO2의 순 감소에는 기여하지 않는다. "이러한 제품은 CO2 포집 및 전환이 추가 배출을 생성하지 않는 경우에만 파리와 호환될 수 있다"고 팀이 말했다.

전기와 수소의 탈탄소화가 중요

연구원들은 또한 CO2 분리 및 변환을 위해 비교적 많은 양의 전기와 열을 필요로 하거나 수소에 의존하는 CCU 기술을 가까운 장래에 덜 효율적으로 분류한다. 앞으로 몇 년 안에 재생 에너지를 사용하여 전기와 수소를 완전히 생산하는 것은 불가능할 것이기 때문이다. 따라서 이러한 프로세스는 화석 연료에서 추가 CO2 배출을 유발한다.

"많은 경우 이러한 방법은 최종 제품에 대한 기존 제조 방법에 비해 배출량을 줄이지 못하므로 문제가 있다"고 de Kleijne이 설명했다.

▲ 철강 생산은 CO2를 결합하면서 건축 자재로 추가 처리될 수 있는 슬래그를 생산한다. © zhaojiankang/ 게티 이미지

어떤 CCU 기술이 단기적으로 이미 효율적일까?

어떤 CCU 기술이 남아 있을까? 연구원들에 따르면, 철강 생산에서 철강 슬래그로 CO2를 직접 도입하여 건축 자재를 생산하는 것은 이미 효율적이고 실현 가능하다. "CO2는 발열 탄화 반응에 의해 직접적이고 영구적으로 결합되기 때문"이라고 팀은 말했다. 전로 배기가스와 공정 열을 사용하는 제철소의 요소 생산도 2030년까지 사용될 수 있으며 의미가 있다.

중탄산나트륨을 직접 사용하거나 간접적으로 고체의 알칼리 흡수 공정을 사용하여 농축된 배기가스를 결합하는 다른 CCU 기술은 아직 개발 단계에서 그다지 발전되지 않았지만 특히 배출량이 적다. 연구원들에 따르면, CO2에서 화학 원료인 개미산으로 전환하는 일부 공정도 배출량이 적지만 아직 대규모로 적용할 준비가 되지 않았다. 그러나 일부 다른 CCU 접근 방식의 효율성은 발전이 얼마나 빨리 탈 탄소화될 수 있는지에 따라 결정적으로 달라진다.

더 많은 표적 투자 필요

"CCU 기술을 완전히 CO2 중립적으로 만들기 위해서는 여전히 많은 혁신이 필요하다"고 de Kleijne은 말한다. "그러나 지금까지 너무 늦거나 파리 기후 목표를 달성하기에 충분히 배출량을 줄일 수 없는 방법에 너무 많은 돈이 투자되었다" 따라서 CCU 기술은 다른 기후 보호 노력을 소홀히 하는 이유로 간주되어서는 안 된다.

또한 2050년까지 순배출 제로라는 기후 목표에 대한 요구 사항은 훨씬 더 엄격하다.
"그때 여전히 유용한 CCU 기술은 CO2의 재방출을 피해야 하고, 기후 중립적 형태의 에너지만 사용할 수 있으며, 대기 또는 바이오매스에서 직접 CO2를 사용해야 한다"고 de Kleijne와 그녀의 동료는 말했다. 지금까지 논의되고 연구된 기술 중 제철소 슬래그의 CO2 격리 및 일부 화학 공급원료 합성 방법을 포함하여 이러한 기준을 충족하는 기술은 4개뿐이다.

위치와 상황에 따라 다르다.

반면, 칼스루에 공과대학(KIT)의 Roland Dittmeyer는 CCU 전망에 대해 그다지 비관적이지 않다. CO2 감축 배출량을 줄이고 일정 기간이 지나면 공장을 보다 지속 가능한 CO2 공급원으로 전환한다”고 연구에 참여하지 않은 과학자는 설명했다. 전기분해 공정과 같은 CCU 변환 체인의 하위 기술에도 동일하게 적용된다.

또한 위치 문제도 고려해야 한다.
"특정 CCU 기술은 기후 조건, 기존 인프라 또는 기타 측면으로 인해 한 위치에서 기후 목표와 호환될 수 있지만 다른 위치에서는 호환되지 않을 수 있다”고 Dittmeyer는 말했다. 예를 들어, CO2 합성 연료도 공기의 CO2와 과도한 폐열 또는 태양열로 생산되고 더 나은 저배출 사용 옵션이 없는 경우 의미가 있을 수 있다.

"궁극적으로 CCU는 탄소의 경우 재활용 문제이며 대부분의 자원의 유한한 특성으로 인해 인류는 선형(linear) 사용에서 순환(circular) 사용으로 가고 있다. 많은 원자재를 사용해 보다 광범위하게 실행해야 한다”고 Dittmeyer는 결론을 내렸다.
(One Earth, 2022, doi: 10.1016/j.oneear.2022.01.006)
출처: Cell Press, Radboud University, Science Media Center

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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