이산화탄소(CO₂)를 활용해 화학제품·바이오연료 등을 생산하는 '탄소자원화' 기술이 기후변화 문제를 야기하는 이산화탄소 저감과 동시에 자원 재활용을 한다는 점에서 세계 각국의 관심을 받고 있다.

다만, 세계 각국에서 탄소자원화 기술에 지속적인 투자를 진행하고 있음에도 아직까지 시장 경쟁력을 갖추지 못했다는 점이 극복해야할 과제로 꼽힌다.

20일 화학업계에 따르면 정유·석유화학 제품들은 생산 시 높은 온도의 열이 많이 필요하기 때문에 화석연료 사용량이 많고 이에 따라 이산화탄소의 배출이 많은 상황이다.

이산화탄소를 줄이기 위해 정부 정책에 따라 기업들도 저감 노력을 하고 있지만 화석연료 사용량이 많아 한계가 있다는 설명이다.

국제에너지기구(IEA)는 화석연료 사용량이 2000년 8028Mtoe에서 2016년 1만1146Mtoe으로 증가한데 이어 2025년 1만2552Mtoe, 2040년 1만5246Mtoe으로 상승세가 이어질 것으로 전망한 바 있다. 온실가스 배출량도 2016년 32.1기가톤(Gt)에서 2040년 42.7Gt으로 확대가 예상된다.

포스코경영연구원의 '기후변화의 주범 이산화탄소, 미래 자원으로 가능성은?' 보고서에 따르면 탄소자원화 기술은 이산화탄소를 포집해 화학·생물학적 변환 과정을 거쳐 화학·플라스틱 제품의 원료 및 바이오 연료 등으로 전환하는 기술이다.

탄소자원화 기술은 재폐기물과 슬래그를 이산화탄소와 결합해 건축자재를 생산하는 등 이산화탄소와 산업 부산물을 원료로 이용해 기존 제품을 대체할 수 있는 제품을 생산해 자원 절감 효과도 기대된다. 이 때문에 정유·화학을 비롯해 철강, 시멘트 등 산업부문 적용 가능성에 주목하는 것이다.

주요 국가들에서도 탄소자원화 기술 개발을 지원하고 있다.

미국은 정부 차원에서 R&D 자금을 지원하고 세제 관련 인센티브 제도 등을 시행하고 있다. 현재까지 100여개의 탄소자원화 프로젝트를 추진 중이며 석유화학, 시멘트 및 발전부문의 대규모 파일럿 프로젝트를 추진하고 있다.

유럽은 EU 차원 기후변화 대응 기금 및 기술지원 프로그램 등을 통해 유럽 각 지역에서 탄소자원화 프로젝트를 추진하고 있다. 특히 독일 정부는 탈원전을 목표로 에너지전환 정책 및 중장기 온실가스 감축목표 달성르 위해 재생에너지와 함께 탄소자원화 기술에 대한 지원을 대폭 확대했다.

2010~16년 150개 이상의 프로젝트에 약 1억유로(약 1274억원)를 투자했고 민관협력을 통해 산업계에서도 5000만유로(약 637억원)를 투자했다. 대표적으로 바이엘(Bayer)의 이산화탄소를 원료로 폴리우레탄폼을 생산하는 'Dream Production' 프로젝트, 티센크룹(ThyssenKrupp) 등의 'Carbon2Chem' 프로젝트가 있다.

Carbon2Chem 프로젝트는 철강 부생가스를 이용해 연료, 플라스틱, 비료 등의 화학 제품을 생산하는 것으로, 티센크룹, 바스프(BASF), 린데(Linde), 악조노벨(AkzoNovel) 등 8개 사가 참여하고 있다.

이 프로젝트는 오는 2025년까지 정부 지원금 6000만유로(약 764억원), 민간부문 1억유로가 투자된다. 티센크룹 뒤스부르크 제철소 부생가스를 이용해 메탄올, 폴리머, 에테르 등의 화학제품 생산을 목표로 하고 있으며, 완공 후 10년 내 연간 2000만톤의 이산화탄소 감축을 목표로 하고 있다.

한국 정부 역시 탄소자원화 기술을 2030년 온실가스 감축목표 달성을 위한 주요 감축수단 및 10대 기후기술에 포함했다. 2018년 국가 온실가스 감축로드맵에 따라 탄소자원화 기술개발 및 상용화를 통해 2030년까지 1030만톤의 이산화탄소 감축을 목표로 하고 있다. 이에 따라 2017~22년까지 정부 340억원, 민간 135억원 등 총 475억원을 투자할 계획이다.

[자료=IEA, 포스코경영연구원]

그러나 탄소자원화 기술은 아직까지 생산비용 저감, 전환공정의 효율성 개선, 시장 형성 등의 문제가 산재해 있다.

이산화탄소를 통해 화학제품을 생산하기 위해서는 그 과정에서 또 대량의 에너지가 필요하고 그에 따른 비용 발생, 추가 이산화탄소 발생 억제 등이 해결돼야 한다.

기존 석유화학 제품의 원료가 비용효율성 측면에서 경쟁력이 뛰어나 현재 수준의 탄소자원화 기술로 대체하기 어려운 것도 문제다.

업계 관계자는 "이산화탄소를 줄일 수 있는 기술이 개발돼야 하는 것은 맞지만 기업 입장에서는 경제성을 생각하지 않을 수 없다"며 "특히 화학제품은 원가 경쟁력이 제품 경쟁력과 직결되는 부분이 크다"고 설명했다.

전 세계에서 상용화 수준의 검증된 기술 및 사업 모델이 없는 상태인 만큼 정부 정책 또는 제도적 뒷받침이 필요하다는 의견이 나오고 있다.

보고서는 "정책의존도가 높은 기술 특성상 독일 등의 사례와 같이 국가적 지원을 통해 초기 R&D 및 실증 사업 추진뿐 아니라 자생력 있는 산업 생태계 조성까지 뒷받침이 필요하다"며 "IEA, 맥킨지(Mckinsey) 등도 일정 수준 이상의 탄소가격이 존재해야 탄소자원화 기술의 경제성이 확보돼야 한다"고 지적했다.

이어 "공통기술, 혁신기술 성격의 탄소자원화 기술개발을 위해서는 민관협력이 필수적이므로 정부 차원에서 민간 참여·투자 촉진을 유도할 수 있는 다양한 노력이 필요하다"며 "우리나라의 경우 탄소자원화 실증사업 참여에 대한 탄소크레딧 인정을 통해 인센티브를 제공하는 방안을 검토해볼 필요가 있다"고 강조했다.

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