호주 이산화탄소, 잡아서 묻는 것이 대세

- 화력발전에 대한 탄소배출감소 노력의 일환으로 CCS 집중개발-

- 장기성 프로젝트로 국내 기업 진출 기대-

 

 

 

□ 산업 환경

 

 ○ 호주 전체 탄소배출의 3분의 1을 화력발전이 차지

  - 호주 석탄 수출 세계 1위, 석탄 매장량 세계 4위

  - 자국 국내 발전의 80% 이상을 석탄 화력발전으로 충당

     

 ○ 글로벌 탄소배출감축 트렌드에 맞춰 석탄수출 감소 최소화를 위한 호주의 노력

  - 청정석탄 관련 주요 기술의 하나인 탄소포집 및 저장(CCS)을 주요 국책과제로 설정하고 활발한 연구 및 개발활동을 진행

 

 ○ CCS 기술 개발과 관련된 정부 및 관련 기관의 활발한 활동

  - CO₂CRC, CSIRO 등 정부연구기관에서 가장 활발하게 기술개발을 주도

 ○ 주요 에너지 및 발전업체들이 기술개발을 위해 활발히 투자

  - 정부의 청정에너지이니셔티브(CEI) 제도 운영

 ○ 24억 달러(2조4000억 원)을 향후 9년간에 걸쳐서 CCS 개발 및 시설에 지원하기로 결정

 

 ○ CCS 설비 건설 관련 국내업체의 진출 가능성 돋보여

  - 일반 석탄화력발전소 건설에 높은 기술력을 보유한 국내업체가 CCS설비 건설에서도 유리한 입지를 가질 수 있을 것 보여 향후 프로젝트 발주 시 각별한 관심이 필요

 

□ 기술 개요

     

 ○ 신재생에너지 기술의 하나인 CCS는 Carbon Capture and Storage의 약자로 이산화탄소 포획 및 저장기술을 말함.

     

 ○ 발전 및 산업시설에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 통제가 가능한 곳에 격리, 저장하는 방법

  - 일상생활이나 산업현장에서 발생하는 대량의 폐기물을 처리하기 위해 특정지역에 매립하는 것과 같은 이치

     

 ○ 화석원료를 사용하는 화력발전소, 제철소, 석유화학공장 등의 시설에서는 대량의 이산화탄소를 대기 중으로 배출 불가피

  - 호주는 전체 전력생산 중 83%를 석탄(56%) 및 갈탄(27%)에 의존

  - 주요 석탄광산 기업 및 화력 발전소들은 탄소저감을 위해 청정석탄과 CCS 확대에 많은 노력을 기울임.

 

 ○ 이산화탄소 감축 주요 대안으로 CCS 기술 주목

  - 신재생에너지, 전기자동차, 에너지효율화와 같은 기존 녹색기술만으로는 온실가스 감축계획을 효과적으로 달성하기 어려울 뿐 아니라 에너지 수요의 빠른 증가에 대응하기도 역부족

  - 화석연료를 사용하는 기존 시설을 단기간에 대체하기가 불가능하기 때문에 현재로서는 CCS 기술이 이산화탄소 감축의 주요 대안으로 주목받음.

 

□ 기술개발 현황

     

 ○ CCS 기술은 3단계로 구분이 되며 각 단계별로 기술개발이 한창 진행 중임.

     

     

 ○ CCS 전체 비용에서 70~80%가 포집단계에서 발생하기 때문에 포집공정에 대한 연구 및 개발이 CCS 기술의 핵심

 

 ○ 운송 단계의 경우 거리에 따른 수송방식의 경제성이 다각도로 검토 중

     

 ○ 저장단계에서는 이산화탄소 누출 및 환경오염이 없는 안전한 지형의 탐색과 저장이후의 모니터링에 대한 연구가 이뤄짐.

 

 가) 포집기술

  - Post-combustion Capture(연소 후)

  - Pre-combustion Capture(연소 전)

  - Oxyfuel combustion Capture(순산소 연소)

 

 ☞ Post-combustion Capture(연소 후 공정)

 

 ○ 화석연료의 연소 후 발생하는 배출가스에서 이산화탄소를 포집하는 기술로, 다른 기술에 비해 연구가 가장 오래 진척돼 이미 파일럿 플랜트에서 가동

 

 

 ○ 배출가스에서 이산화탄소만을 분리시키는 과정에서 많은 비용이 발생

 

 ○ 현재 가장 많이 사용되는 방법으로는 습식 아민 흡수방식이 있는데, 모노에탄올아민, 디에탄올아민 등을 활용해 배출가스에서 이산화탄소를 화학흡수한 후 열, 압력, 기타 다른 가스 등을 가해 이산화탄소를 다시 분리하는 기술

 

 ○ 이 분리 과정에서 사용되는 분리제에 대한 연구도 활발함.

 

 ○ 분리과정에서 가장 많은 비용이 발생하기 때문에 효율적이고 비용이 저렴한 이산화탄소 분리 기술을 개발하는 것이 당면과제

 

 ☞  Pre-combustion Capture (연소 전)

 

 ○ 화석연료를 연소 전에 수증기 개질을 통해 가스화시켜 이산화탄소와 수소의 합성가스(Syngas=H2+CO+CO₂)로 변환한 다음, 분리 또는 연소를 통해 이산화탄소를 포집하는 방법으로 IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle)와 연계가 가능한 기술임.

     

    

 

 ○ 분리된 H2는 전기발전 또는 Clean energy로서 활용

 

 ○ 현재 이 기술보다 Post-combustion Capture에 많은 연구 집중. Pre-combustion을 하기위해서는 Plant 설치비용이 많이 들고, 기존 Plant에 적용하기는 부적합하기 때문

     

 ☞ Oxyfuel combustion Capture (순산소 연소)

 

 ○ 공기중 질소를 제거한 95% 이상의 고농도 산소를 연소에 사용해 배기가스의 이산화탄소 농도를 높여 포집하는 기술

 ○ 연소 전, 연소 후 포집기술에 비해 이산화탄소 포집이 이론적으로 용이하나, 아직 테스트 단계이거나 기술발전이 뒤쳐진 상태

 

 

 ○ 분리과정이 축소되고 80% 이상의 고농도 이산화탄소 회수가 가능하며, 또한 후처리 설비가 간소한 점이 장점

 

나) 운송 및 저장 기술

     

 ☞ 운송기술

 

 ○ 산업 및 발전시설에서 이산화탄소를 포집한 후 저장 장소까지 운반해 격리시키는 과정이 필요

 

 ○ 대표적으로 파이프라인 및 LNG운반선 등의 방법이 연구

  - 이산화탄소 저장 가능한 지역은 한정돼 있기 때문에 운송에서 저장까지의 거리가 이슈

  - 일반적으로 1000㎞ 이내의 거리는 파이프라인으로 운송하는 것이 가장 경제적임.

  - 미국에서는 이미 2500㎞의 파이프라인이 사용 중이라고 함.

     

 ☞ 저장기술

 

 ○ 현재 CO₂를 저장할 수 있는 유일한 방법으로 지하 1000m 이상의 땅속에 저장하는 방법으로 내륙 또는 해양(Off-shore) 지층 저장이 연구

  - 포집된 CO₂를 저장하기 위해서는 지질적인 조사와 여건이 갖춰져야 함.

  - 이러한 조건을 파악하는 기술(Geology & Site assessment technology)에 대한 연구 또한 활발히 이뤄짐.

 

 ○ 지층 저장이 적합한 장소로는 지하 1~2㎞ 깊이의 대염수층(Saline aquifers), 석유가스층, 석탄층 등이 있음.

  - 대염수층의 잠재 저장능력은 1000Gt으로 2005년 글로벌 연간 이산화탄소 배출량이 7Gt임을 감안했을 때 충분한 것으로 평가

     

□ 주요 프로젝트 현황

 

 ○ 상업용 프로젝트는 없으며 호주남부 빅토리아주에 실험용 플랜트가 운영

  - 주요 진행 프로젝트도 현재의 기술개발 속도로 보아 2020년 이전에는 상용화가 불투명

  - 그러나 석탄산업이 호주의 경제에서 차지하는 비중이 높아 CCS 기술개발에 대한 의지가 높음.

 

 ○ 주요 진행 프로젝트

 

 1) CO₂CRC Otway Project

  - 호주 최초로 건설된 지하주입 이산화탄소 저장시설로 약 10만톤의 이산화탄소를 LNG를 추출한 지하2킬로 지점 암반층에 이산화탄소 저장가능. 현재까지 약 5만 톤 저장 완료됨.

     

 2) Latrobe Valley Post Combustion Capture Project

  - 호주의 발전업체인 Loy Yang Power와 CSIRO, CO₂CRC 등에서 공동으로 진행하는 파일럿 프로젝트로 1년에 약 1000톤의 이산화탄소를 화력발전소 배기관에서 추출하는 기술사용

     

 3) The CO₂CRC/HRL Mulgrave Capture Project

  - CO₂CRC에서 탄소포집에 솔벤트 및 멤브레인 등의 홉수기술을 테스트하기 위해 개발한 소형 CCS 프로젝트

 

 ○ 진행 예정 프로젝트

 

 1) Gorgon gas field, Barrow Island

  - 호주 최대의 LNG생산기지에 설치될 CCS 프로젝트로 연 350만 톤의 이산화탄소 포집 설비 건설예정. 프로젝트가 완성되면 세계 최대의 CCS설비가 될 예정임.

     

 2) Fairview project

  - 퀸즐랜드주 남서부지역에 건설될 CCS 프로젝트로 100㎿ 용량의 탄층메탄가스 화력발전소에서 배출되는 총 이산화탄소의 3분의 1을 포집할 수 있는 설비 건설예정

     

 3) Zerogen power station

  - 퀸즐랜드 주 정부회사인 ZeroGen과 일본의 미쓰비시 중공업이 공동으로 개발 건설할 100㎿ 용량의 IGCC 발전소에 설치할 CCS 프로젝트

 

 4) Hazelwood power station

  - 세계에서 가장 탄소배출이 많은 갈탄 화력발전소에 설치할 CCS 플랜트로서 200㎿ 용량의 발전소에서 약 1만8000톤의 이산화탄소를 포집할 수 있을 것으로 예상

     

 5) Callide Oxyfuel Project, Queensland

  - CS에너지를 필두로 일본의 IHI, J-Power, Mitsui, 호주의 Schlumberger Oilfields 및 Xstrata 등이 공동으로 참여해 Oxyfuel Combustion을 활용한 CCS 데모설비 건설 예정. 아시아-태평양 청정개발 및 기후 파트너십의 지원을 받는 프로젝트로, 한국 업체들의 합류가 가능한 프로젝트

 

□ 결론 및 시사점

     

 ○ 발전소 건설과 비슷한 비용 소요 등 고비용문제가 가장 큰 난관

  - 탄소포집 및 저장기술은 기존 화력발전소에 이산화탄소 포집시설을 추가건설하거나, 신규화력발전소 건설시 부가적으로 건설해야하는 설비

     

 ○ 호주, 일본, 미국 등 선진국가 기업의 연구 및 개발 참여

  - CCS 설비는 연구 및 실험단계에 불과한 실정이지만, 호주나 일본, 미국등의 기업들이 다양하게 이 분야의 연구 및 개발에 참여하고 있어서 향후 기술개발 완료시 국내업체들의 진입여지가 적을 가능성이 높음.

     

 ○ 국내 기업의 적극적인 개입 요구

  - CO₂CRC의 경우 비록 정부의 지원을 받는 국책연구기관의 성격이 강한 연구소이지만 해외의 여러 업체들과 활발한 공동연구를 수행하고 있어서 국내 업체들과도 협력여지가 다대할 것으로 보여 적극적인 개입이 요구되는 기술

  -  CO₂CRC 연락처:

     Dr. Dennis R Van Puyvelde 국제협력담당

     전화 : (612) 6120 1612

     주소 : GPO Box 463, Canberra, ACT2601, Australia

     

     

 자료원 : CO₂CRC, 시드니모닝헤럴드, KOTRA 시드니KBC 자체분석