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편의점 아니고요, 이산화탄소 잡는 CCUS입니다만!😎 | 한방에 몰아보기

심각한 기후 위기 속에서 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 효과적으로 제어하기 위한 기술인 CCUS가 전 세계적인 주목을 받고 있습니다. CCUS는 이산화탄소를 포집하고 저장하며 활용하는 전 과정을 포괄하는 혁신적인 기술로, 탄소 중립 실현을 위한 핵심 처방전이라 불립니다. 대기 중 약 0.04%에 불과한 이산화탄소만을 정교하게 골라내는 작업은 기술적으로 매우 까다롭지만, 국제에너지기구(IEA)가 이를 탄소 중립을 위한 필수 기술로 평가할 만큼 그 잠재력과 가치는 무궁무진하다고 볼 수 있습니다. 이 기술은 크게 저장 중심의 CCS와 활용 중심의 CCU로 나뉩니다. 발전소나 제철소와 같은 대규모 산업 시설에서 배출되는 가스 중 이산화탄소만을 흡착제를 통해 포집한 뒤, 이를 깊은 지하에 저장하거나 유용한 자원으로 변모시키는 것이 핵심입니다. 최근에는 포집된 탄소를 건축 자재인 시멘트나 종이 제조 공정에 활용하고, 탄산음료나 친환경 항공유 생산에 투입하는 등 일상 곳곳에서 가시적인 성과를 내고 있습니다. 특히 해외에서는 거대 팬을 이용해 대기 중 탄소를 직접 회수하여 온실에 공급하는 등 창의적인 시도도 이어지고 있습니다. CCUS의 성공적인 상용화를 위해서는 경제성 확보가 무엇보다 중요합니다. 이를 위해 한국에너지기술연구원은 저비용·고효율의 포집용 액상 흡수제인 '키어솔'을 개발하고, 블루 수소 생산 공정에 혁신적인 흡착 기술을 접목하고 있습니다. 1톤당 30달러 이하의 비용으로 대량의 이산화탄소를 포집할 수 있는 기술적 토대가 마련됨에 따라, 환경 보호와 산업적 가치 창출이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있게 되었습니다. 이러한 혁신은 탄소 중립이라는 인류 공동의 목표를 달성하는 데 결정적인 역할을 할 전망입니다.

한국에너지기술연구원

지구환경과학
융합
공학·기술

[강연] 탄소 중립을 위한 화학의 도전_by황윤정 l 31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래" | 3강

지속 가능한 사회란 과학 기술의 발전이 가져온 편리함과 그로 인한 부작용 사이의 균형을 찾는 과정에서 시작됩니다. 특히 기후 변화는 인류가 직면한 가장 시급한 과제로, 이를 해결하기 위해 '탄소 중립'이라는 개념이 등장했습니다. 이는 배출되는 이산화탄소의 양과 흡수 및 제거되는 양을 같게 하여 실질적인 배출량을 '0'으로 만드는 상태를 의미합니다. 단순히 탄소를 멀리하는 것이 아니라, 발생한 탄소를 어떻게 다시 활용하고 순환시킬 것인지에 대한 과학적 책임감이 요구되는 시점입니다. 1890년대 물리화학자 아레니우스는 대기 중 이산화탄소가 지표면 온도에 미치는 영향을 처음으로 논문화했습니다. 당시에는 온실효과가 식량 증산에 도움이 되는 축복으로 여겨졌으나, 산업화 이후 화석 연료 사용이 급증하며 상황은 반전되었습니다. 지난 150년간 이산화탄소 농도와 지표면 온도의 급격한 상승 사이의 상관관계가 명확히 입증되었고, 이는 더 이상 자연 현상이 아닌 인류의 활동에 의한 결과임이 확인되었습니다. 이제 적당함을 넘어선 탄소는 인류의 생존을 위협하는 재앙으로 다가오고 있습니다. 한국은 세계 10위권 안에 드는 탄소 배출국으로, 산업 구조상 철강, 석유화학, 반도체 등 에너지 집약적 산업이 경제를 이끌고 있습니다. 이러한 구조에서 무조건적인 탄소 감축은 경제 성장에 큰 타격을 줄 수 있기에, 각 산업 특성에 맞는 전략적인 중립 기술 개발이 필수적입니다. 단순히 에너지를 절약하는 차원을 넘어, 화석 연료를 대체할 재생 에너지를 도입하고 기존 공정을 혁신하는 10대 핵심 기술 선정이 이루어진 이유도 여기에 있습니다. 경제와 환경이라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 과학적 도전이 시작된 것입니다. 재생 에너지 분야에서는 태양광과 수소가 핵심적인 역할을 합니다. 특히 한국 연구진이 강점을 가진 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 높은 효율을 목표로 하며, 유연하고 가벼운 특성을 활용해 건물 외벽 등 다양한 곳에 적용될 수 있습니다. 또한 물을 분해하여 수소를 얻는 수전해 기술은 이산화탄소 배출이 없는 청정 에너지 순환 구조를 완성하는 열쇠입니다. 비싼 백금 촉매를 대체할 저렴하고 효율적인 소재를 개발하려는 노력은 에너지 저장과 활용의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 탄소 중립의 실질적인 완성은 이미 배출된 탄소를 포집하고 활용하는 CCUS 기술에 달려 있습니다. 이산화탄소를 단순히 저장하는 것에 그치지 않고, 이를 원료로 삼아 플라스틱, 시멘트, 혹은 연료로 전환하는 기술은 탄소 순환 사회의 핵심입니다. 현재는 경제성이나 기술적 난이도 면에서 초기 단계에 머물러 있지만, 2050년까지 전 세계 감축량의 상당 부분을 담당할 것으로 기대됩니다. 공기 중의 기체를 잡아 고부가가치 화합물로 바꾸는 이 연금술 같은 과정은 화학이 인류에게 선사할 새로운 미래입니다. 과학의 역사는 수많은 실패와 도전 끝에 얻어진 결과물입니다. 20세기 초 인류의 식량 문제를 해결한 암모니아 합성법인 하버-보슈법이 대표적인 사례입니다. 당시 많은 과학자가 재현 실패와 폭발 사고 등의 위험으로 연구를 포기했으나, 끝까지 수천 번의 촉매 탐색을 멈추지 않았던 끈기가 오늘날의 풍요를 만들었습니다. 탄소 중립 역시 지금은 불가능해 보이는 난제일 수 있지만, 과거의 사례처럼 데이터가 쌓이고 기술적 돌파구가 마련된다면 인류는 다시 한번 위기를 기회로 바꿀 수 있을 것입니다. 미래의 지구를 구하는 일은 특정 분야의 노력만으로는 불가능하며, 과학적 원리에 기반한 사회적 합의와 지속적인 관심이 필요합니다. 인공 광합성 장치를 통해 식물처럼 에너지를 생산하고, 버려지는 탄소를 자원으로 되돌리는 기술은 더 이상 공상 과학의 영역이 아닙니다. 화학자들은 주기율표 속 원소들을 조합하며 지구의 온도를 낮출 최적의 답을 찾아가고 있습니다. 이러한 과학적 도전이 지속 가능한 사회를 만드는 든든한 뿌리가 되어, 다음 세대에게 더욱 건강하고 풍요로운 지구를 물려줄 수 있기를 기대합니다.

황윤정

카오스재단서울대자연과학공개강연

화학

[2021 화학창의콘텐츠 공모전 수상작] 대상｜탄소중립의 열쇠, 화학

지구 온난화 문제가 날로 심각해지면서 배출되는 이산화탄소를 최대한 줄이고, 남은 탄소는 흡수하여 실질적인 배출량을 '0'으로 만드는 탄소 중립이 전 세계적인 화두로 떠올랐습니다. 이를 실현하기 위해서는 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 신재생 에너지의 도입이 무엇보다 중요합니다. 그중 수소 에너지는 가스 형태로 에너지를 저장하며 연소 과정에서 이산화탄소를 전혀 발생시키지 않는 무공해 청정에너지로 각광받고 있습니다. 특히 수소는 지구상에 풍부한 물을 전기 분해하여 얻을 수 있어 자원 고갈 걱정 없는 지속 가능한 미래를 위한 핵심 에너지원으로 평가받고 있습니다. 태양광 에너지는 태양의 빛 에너지를 직접 전기로 변환하는 친환경 무한 에너지로, 광전 효과라는 화학적 원리를 기초로 합니다. n형과 p형 반도체를 접합한 태양 전지에 빛이 닿으면 전자와 양공이 발생하고, 이들이 서로 반대 방향으로 이동하면서 전류가 흐르게 됩니다. 이렇게 생산된 전기는 단순히 전력망에 공급되는 것에 그치지 않고, 수소를 생산하기 위한 물의 전기 분해 과정에 활용될 수도 있습니다. 이처럼 신재생 에너지원 간의 유기적인 상호작용은 탄소 배출이 전혀 없는 진정한 무공해 에너지 생태계를 구축하는 데 있어 매우 중요한 역할을 수행합니다. 이미 대기 중에 배출된 이산화탄소를 관리하기 위해서는 CCUS 기술이 필수적인 대안으로 주목받고 있습니다. 이 기술은 배기가스 등에 포함된 이산화탄소를 포집하여 저장하거나 산업적으로 활용하는 방식으로, 화학적 흡수제를 사용해 탄소를 선택적으로 분리해내는 공정을 거칩니다. 포집된 탄소는 지층 깊은 곳에 저장되기도 하지만, 최근에는 이를 플라스틱이나 시멘트, 연료 등 유용한 화학 원료로 전환하는 자원화 기술이 활발히 연구되고 있습니다. 신재생 에너지로 배출을 줄이고 CCUS로 남은 탄소까지 관리한다면, 화학 기술은 지구 온난화 해결을 위한 결정적인 열쇠가 될 것입니다.

한국화학연구원

화학
지구환경과학
융합
공학·기술