어떤 탄소포집 방법이 기후에 가장 좋을까?...미시간大 연구팀 연구

현재 적용되거나 제안된 20개의 탄소 포집·활용(Carbon Capture and Utilization, CCU) 방법 중 탄소를 콘크리트에 혼합하는 등의 4가지가 '기후 편익(climate benefits)'이 가장 크다는 연구 결과가 나왔다. 

미국 미시간대학교 연구팀은 이 같은 연구 결과를 ‘콘크리트, 화학 및 광물 생산을 위한 탄소 활용의 상대적 기후 영향 평가(Assessing the Relative Climate Impact of Carbon Utilization for Concrete, Chemical, and Mineral Production)’라는 제목으로 ‘미국화학학회 저널(ACS Publications)’에 최근 게재했다. 

탄소포집은 화석연료 사용 시 발생하는 탄소를 모으는 기술로, 기후변화 대응의 핵심 기술로 손꼽힌다. 탄소포집 방법은 크게 ‘CCU’와 ‘CCS(탄소 포집·저장)’로 구분된다. CCU는 포집된 탄소를 별도의 용도로 활용하거나 화학반응을 통해 새로운 화학물질이나 광물 등으로 전환하는 기술을 뜻한다. 반면, CCS는 탄소를 압축, 수송 과정을 거쳐 육상 또는 해양 지중에 저장하는 기술이다.

미시간대 연구팀은 이중 CCU가 2030년까지 연 8000억 달러(949조6000억원) 이상의 수익을 창출하는 동시에 전세계 탄소 배출량을 최대 15%까지 줄일 수 있다는 추정을 강조하며, 현재 제시된 20개의 CCU 방법 중 어떤 것이 기후 편익이 가장 높은지를 살펴봤다.

연구팀에 따르면, 현재 CCU 방법은 콘크리트, 화학물질, 광물화로 크게 분류할 수 있으며, 이 3가지 범주 아래 화학물질 결합 또는 생산 방법에 따라 20개로 세분화시킬 수 있다. 앞선 연구는 이 3가지 범주의 CCU 방법이 2050년까지 연간 최대 6.2기가톤의 탄소를 상쇄할 수 있을 것이라고 전망했다. 

연구팀은 3개 범주에서 세분화된 20개 CCU 방법의 순 기후 편익(Net climate benefits)을 계산했다. 순 기후 편익은 'CCU로 포집된 탄소 배출량'이 '포집된 탄소로 새로운 물질을 만드는 동안 발생하는 배출량' 보다 많다는 것을 의미한다(순 기후 편익 = CCU 포집된 탄소 배출량 > CCU로 새로운 물질 생산동안 배출하는 탄소양). 이 계산식에 따른 측정에 따라, 연구팀은 △1종 포트랜트시멘트(Ordinary Portland Cement, OPC)를 바인더(Binder) 물질로 생성시 포집된 탄소를 혼합하는 방법을 비롯해, △OPC와 보조 접합성 물질을 바인더 물질로 생성시 포집된 탄소의 혼합, △탄소의 수소화를 통한 포름산(Formic acid) 생산, △메탄(이산화탄소에 비해 온실 효과가 더 강한 기체)에서 일산화탄소 생산 등의 4가지 방법이 순 기후 편익이 가장 높다고 밝혔다. 특히, 이 4가지 CCU 방법은 순 기후 편익이 발생할 가능성이 50% 이상임을 발견했다.

이 중, 탄소의 수소화를 통해 생산된 포름산은 가축의 사료 방부제 및 향균제를 비롯해, 가죽 태닝이나 직물을 염색하는 등 다양한 산업에 활용될 수 있다. 한편, 메탄에서 생산되는 일산화탄소는 합성화학물질 제조와 야금(metallurgy) 둥 다양한 산업 공정에 사용 가능하다.

연구진들은 이 발견이 향후 순 기후 편익에 집중한 CCU 연구 개발 전략이 도움이 될 것으로 전망했다.이에 있어, 연구의 주 책임자인 드워파나트 라비쿠마르(Dwarakanath Ravikumar) 박사는 “CCU를 전세계적으로 확대하는 움직임 가운데 기후 편익을 극대화 시킬 수 있는 CCU 제품의 식별 지침이 필요하다”며 빠른 기후변화 대응에 있어 보다 효과적인 탄소포집 방식의 필요성을 강조했다.

더불어 연구팀은 풍력 등의 재생에너지원을 CCU 제품 생산에 사용하는 것보다 전력망(grid)에 공급되어 화석 연료를 상쇄하는 경우가 기후 편익을 더 높일 수 있다는 결과도 제시했다. 하지만 국제사회의 압박에 따라 화석 연료 사용이 단계적으로 감축됨에 따라 기후 편익은 바뀔 수 있다고 전망했다.

연구 논문은 아래 주소에서 확인 가능하다.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c01109