[신년 기획] 석유公, 국내 에너지 친환경·경제성 모두 잡는다
[신년 기획] 석유公, 국내 에너지 친환경·경제성 모두 잡는다
  • 박효주 기자
  • 승인 2021.01.04 16:10
  • 댓글 0
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CCS사업 통해 이산화탄소 감축의무 실효적 이행
동해가스전 온실가스 저장 통해 높은 경제성 기대
울산 근해에 설치된 동해가스전.
울산 근해에 설치된 동해가스전.

[투데이에너지 박효주 기자] 코로나19로 석유사업의 수익이 감소한 반면 기후변화에 대한 관심은 커지고 있다.

정부가 발표한 한국판 뉴딜 정책에도 태양광, 풍력 등을 확대하는 ‘그린뉴딜’이 중심에 있다.

국내외 온실가스 감축 노력과 에너지전환 움직임 확대는 미래 세대를 위해 지향해야 하는 목표다.

온실가스 감축을 위해서 우선 석탄 사용을 줄여야 하고 에너지효율의 진보도 필요하다.

화석연료 사용으로 발생한 CO2를 포집·저장하는 CCS(Carbon capture and storage)사업 확대도 유용한 기후변화 대응책이 될 것으로 기대되고 있다.

이에 따라 CCS사업 추진 현황 및 미래 전망에 대해 살펴봤다. /편집자 주

■사업 추진 배경

2020년 이후 신기후체제를 정의하고 있는 파리협약은 현재 전세계 온실가스 연간 배출량인 약 350억톤을 2050년까지 100억톤으로 줄인다는 계획을 제시하고 있다.

이산화탄소 등 온실가스 감축을 통한 그린에너지 체제 전환이 전 세계적인 차원에서 한창 진행되고 있는 가운데 우리 정부 또한 2019년 5월 발표한 녹색성장 5개년 계획에서 온실가스 감축의무의 실효적 이행을 위한 탄소 흡수원 및 국외 감축 활용을 중점과제로 선정하고 CCS 원천 및 실증기술 확보를 세부과제로 제시한 바 있다.

또한 2020년 7월 한국판 뉴딜 종합계획에서는 대규모 CCS 통합실증 상용화기반 구축을 위해 R&D를 포함한 녹색성장 혁신 생태계 구축 실행과제를 발표하는 등 미래핵심산업으로 급부상하고 있는 그린에너지 사업을 국가정책적으로 육성하겠다는 강한 의지를 보이고 있다.

정부의 그린뉴딜 정책에 따라 석유공사는 지난해 CCS사업팀을 신설·운용하는 등 전담조직과 전문인력을 다수 확보한 상태이며 동해가스전을 CCS 기술 실증 플랫폼으로 활용할 수 있는 물적자원 및 기술력을 갖추고 있어 신속하게 정부정책을 이행하고 있다.

■기술 방식

CCS는 통상적으로 화석연료 사용 시 발생하는 이산화탄소 등 온실가스를 포집해 이를 저장소에 저장하는 기술을 말하며 석유나 가스 생산이 완료돼 내부가 비어있는 지하 공간에 포집된 온실가스를 주입하는 방법이 일반적으로 활용되고 있다.

CCS는 포집, 수송, 저장의 세 가지 단계로 이뤄지며 포집은 여러 가지 방식으로 진행된다.

포집방법은 크게 연소 전,  연소 중, 연소 후로 나눠지며 화석연료를 연소하기 전에는 탄소성분만을 분리해 포집한다.

연소 중에는 순산소를 주입해 이산화탄소를 포집하고 연소 후에는 발생된 이산화탄소를 흡착제나 흡수제를 이용해 포집하는 방법이 있다.

포집된 이산화탄소들은 선박이나 파이프, 트럭을 통해 수송되며 수송된 이산화탄소는 지하지층 속 빈 공간이나 해양에 저장된다.

특히 지하에 저장하는 방식은 나중에 천연가스나 석유로 회수할 수 있기 때문에 매우 각광받는 방법이다.

또한 CCS종류는 크게 이산화탄소 지중 저장, 해양저장, 광물 탄산염화 이렇게 세 가지로 나눌 수 있다.

이 중 해양저장과 광물 탄산염화 기술은 아직 해결해야 할 기술 환경적 문제들이 남아있어 현재 발전 및 이용되고 있는 기술은 이산화탄소 지중저장기술이다.

이산화탄소 지중 저장은 연소 전 포집(Pre-Combustion Capture), 연소 후 포집 (Post-Combustion Capture), 산소 연료 연소(Oxy-Fuel Combustion)으로 나뉜다.

연소 전 포집기술은 가스화와 같은 공정을 통해 연료를 수소와 이산화탄소 혼합물로 변환시켜 이산화탄소를 분리한다.

연소 후 포집기술은 연소 과정에서 배출되는 배기가스의 이산화탄소를 적절한 용매에 포집하며 포집된 이산화탄소는 용매에서 분리돼 운반 및 보관을 위해 압축된다.

이어 산소 연료 연소기술은 먼저 공기에서 산소를 분리하는 과정이 필요하며 분리된 산소는 희석된 연소 가스와 함께 연료 연소에 이용되는데 이 과정을 통해 이산화탄소를 쉽게 정제할 수 있다.

이후 이산화탄소를 포집하면 저장에 적합한 장소까지 운송이 필요하다.

이때 원활한 운송을 위해 물이 없고 순수하며 높은 밀도 상태의 이산화탄소가 필요하다.

이러한 조건은 액체도 기체도 아닌 초임계상태의 이산화탄소로 충족될 수 있는데 이는 높은 밀도의 액체와 빠르게 흐르는 기체의 성질을 모두 가진 상태이다.

따라서 높은 밀도와 낮은 점성도로 많은 양을 빠르게 이동시킬 수 있어 운송에 최적화 된 상태다.

이산화탄소의 초임계점은 약 31℃, 73atm이다.

그 이상의 구간은 이산화탄소 운송에서 요구하는 초임계 상태이며 주로 파이프라인이나 배를 통해 운송돼 파이프라인 운송 기술은 천연가스나 석유 및 기타 많은 유체를 운반하는데 사용되는 기술과 같다.

이를 통해 기존 유체 운반에 사용되던 파이프라인을 이산화탄소 운송에 활용할 수 있다.

운송된 이산화탄소는 지구 표면에서 수 킬로미터 아래의 다공성 지질 구조에 저장된다.

이때 이산화탄소는 단순 저장 뿐 아니라 탄화수소 회수율 향상을 목적으로 주입될 수 있다.

따라서 가스와 석유를 뽑아낸 후 저류층과 깊은 대수층, 석유 회수량을 증가시키기 위한 주입정 등이 적절한 저장 장소로 이용된다.

저장된 지질 구조 위에는 주입된 이산화탄소가 빠져나올 수 없게 덮개암과 같은 유체투과율이 매우 낮은 암석이 위치해야 하며 이를 통해 주입한 이산화탄소를 장기간 안전하게 보관할 수 있다.

■향후 전망

석유공사는 국내 온실가스 감축목표를 달성하기 위한 효율적이고 안정적인 기술로 CCS에 주목하고 있다.

화석연료 중심의 산업구조를 급격히 개편하기 어려운 상황에서 이산화탄소를 지하에 저장하는 CCS 기술이야 말로 국내산업에 미치는 충격을 최소화하는 가장 현실적인 대안이기 때문이다.

전세계적으로 대규모 CCS사업은 2019년 기준 총 19개 사업이 실행 중이며 운영규모는 연간 온실가스 저장용량 3,700만톤에 달한다.

현 추세를 볼 때 향후 관련산업의 시장규모는 총 32개 사업(저장용량 5,700만톤)으로 확대될 전망이다.

지난 15년 동안 전세계 이산화탄소 누적 포집용량은 150만톤에서 연평균 약 30% 상승해 2019년까지 4,190만톤까지 증가했는데 다수의 전문가들은 이와 같은 급속한 산업규모 확대가 세계 각국의 기후 변화 목표 및 친환경 에너지 정책과 맞물려 앞으로도 상당기간 지속될 것으로 예상하고 있다.

국제에너지기구(IEA)는 CCS기술이 ‘50년까지 전세계 온실가스 감축량의 9%를 담당할 것으로 전망하며 단일기술로는 온실가스 감축에 가장 큰 기여를 하게 될 것으로 내다보고 있다.

현재 CCS사업의 주요이슈는 저장소 확보문제라 할 수 있는데 포집한 온실가스를 저장할 공간이 충분치 못하다면 사업의 성공을 담보할 수 없고 지하의 빈공간을 저장소로 활용해 온실가스를 저장하는 방안이 경제적 측면에서 가장 각광 받고있기 때문이다.

석유공사는 지난 2004년부터 울산 근해에서 천연가스 등을 생산해온 동해가스전을 보유하고 있다.  

동해가스전은 2022년 6월 생산 종료를 앞두고 있으며 가스 생산이 종료된 후 지하에 남아있는 빈 공간을 이산화탄소 저장공간으로 활용한다는 계획이다.

그동안 국내에서 온실가스는 배출만 할 뿐 따로 모아 저장하는 시설은 없었는데 동해가스전 생산종료와 함께 국내 CCS사업의 범위를 확대할 수 있는 최적의 실증플랫폼이 마련된 셈이다.

석유공사는 생산이 종료된 동해1 가스전 지하공간에 매년 40만톤씩 앞으로 30년 간 온실가스를 주입한다면 총 1,200만톤의 온실가스를 저장할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

아울러 정부와 석유공사는 CCS 사업의 성공적 추진뿐 아니라 그린에너지 체계로의 순조로운 국가산업구조 전환에도 중대한 기여를 할 수 있을 것이라는 분석을 내놓고 있다.

석유공사의 관계자는 “미래 신재생에너지 시대를 대비한 부유식 풍력발전 및 CCS사업이 정부 그린뉴딜 정책부응에 적극적인 역할을 할 것으로 생각한다”라며 “앞으로 그린에너지사업 포트폴리오를 확장하는 등 미래 종합에너지기업으로의 도약과 변신을 위해 전사적 역량을 집중할 계획”이라고 밝혔다.

한편 온실감스 감축을 위한 근본적 변화가 전세계 에너지산업계를 휩쓸고 있는 가운데 본격적인 미래 청정에너지 시대를 앞장 서 준비하고 있는 정부와 공사의 노력이 어떠한 결실을 맺을 수 있을지 관심이 높아지고 있다.   


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