CCUS

기술의 개념

화력발전, 철강산업, 시멘트산업, 석유화학산업과 같이 화석연료의 연소 및 특정 공정 중발생되는 CO2를 포집하여 저장 및 활용하는 기술

포집

CO2 포집기술은 여러 물질이 혼합된 배가스에서 CO2를 포집·분리하는 기술이며, CO2 포집·분리 공정의 위치에 따라 연소 후(Post-combustion) 포집, 연소 전(Pre-combustion) 포집, 순산소연소(Oxyfuel combustion)로 구분 연소 후 포집
  • 화석연료의 연소 후 배출되는 배가스에 포함된 CO2를 선택적으로 포집하여 고농도의 CO2로 회수하는 기술
연소 전 포집
  • 연료를 산소와 반응시켜 합성가스를 제조하는 공정에서 발생하는 CO2를 포집함으로써 수소를 생산하고, 연소 과정에 수소를 연료로 활용하는 기술
순산소 연소
  • 연료 연소에 공기 대신 순수한 산소를 이용함으로써 연소배가스의 대부분이 CO2와 수분으로 구성되어 추가적인 CO2 포집설비가 필요 없는 기술

저장

CO2 저장 기술은 포집된 CO2를 대기 중으로 빠져나가지 못하도록 지중과 해저 등에 저장하는 기술 지중저장
  • 연료를 산소와 반응시켜 합성가스를 제조하는 공정에서 발생하는 CO2를 포집함으로써 수소를 생산하고, 연소 과정에 수소를 연료로 활용하는 기술
해양저장
  • 1,000~3,000m 해저에 기체 또는 액체 상태의 CO2를 직접 분사하여 저장하는 기술이나, 해양생태계 파괴 및 해양환경 위해성 문제로 인해 런던 협약에 따라 현재 적용 불가능한 기술

활용

CO2 활용 기술은 포집된 CO2를 화학적·생물학적 등의 변환 과정을 거쳐 잠재적 시장 가치가 있는 제품 또는 원료로 전환하는 기술
  • 전환기술은 다양한 화학적, 생물학적 CO2 전환기술 경로를 이용하여 CO2를 연료, 화학물질 및 건축자재 등으로 전환하는 기술이며, 현재 대부분의 기술적 경로가 비교적 초기 단계 수준

기술개발 동향

포집

습식포집

석유화학공정에 활용되는 산성가스 처리기술(AGRU)의 경우 포집율을 높이기 위한 연구를 진행 중, 타 CO2 다배출 산업의 경우 상압 포집을 위해 공정규모 격상실증연구 진행

  • 한국은 연소배가스를 대상으로 보령화력에서 10MWe급 실증을 수행하였으며, 시멘트, 제철, 석유화학 분야에서 벤치급 실증 추진
건식포집

해외의 경우 아민담지 건식흡수제를 이용한 1~2MWe급 파일럿 플랜트 연구 진행

  • CO2 흡수율을 높이기 위한 신규 건식흡수제 개발 진행
분리막 포집

고분자 분리막에 대한 연구가 지속되고 있으며, 상용화 수준의 CO2 투과도·선택도를 달성하기 위한 연구 진행

  • CO2 투과도·선택도를 높이기 위한 그래핀 소재 분리막, 이온성 액체 분리막, 혼합 기질막 등 다양한 분리막 관련 연구 진행 중

저장

지중저장

규모의 경제를 달성하고 투자 리스크를 분산함으로써 CCS 보급을 확대하기 위한 공유 개방형 CCS 허브·클러스터 구축이 지속적으로 확대 중

  • 대규모 CO2 저장 프로젝트의 경우 수용성 확보를 위해 육상보다는 해양 지중저장 프로젝트가 활발히 추진 중
  • 미국, 캐나다, 호주 등의 국가에서는 대규모 CCS 프로젝트를 운영 중이며, 지속적 확산 추세

전환

화학전환

 CO2 수소화에 필요한 에너지를 재생에너지원에서 해결하기 위한 R&D 진행

  • CO2 기반 고분자 화합물 생산기술은 유럽, 미국을 중심으로 기술개발이 진행, CO2 전환 화학원료 생산기술은 상용화 단계에 진입하지 못하였으며, CO2 개질반응을 통한 CO 및 합성가스 제조 연구가 진행 중
생물전환

미세조류를 이용한 생물학적 전환기술이 산업화에 근접

  • 미세조류 기반 바이오 연료 생산을 위한 실증 연구가 진행 중이며, 미세조류의 활용도를 높이기 위한 고부가가치 물질(의약품, 화장품 등) 개발 연구도 진행 중
광물탄산화

미국, EU 등을 중심으로 천연자원, 산업부산물, 액상 폐기물 등을 활용한 기술개발 진행

  • 직접탄산화 기반 건설자재 생산 및 시멘트 대체재료 생산기술은 상용화에 근접한 수

시장 동향

(시장) CCUS 기술은 전 세계적으로 시장이 활성화되기 시작하는 단계로, 배출권 시장 확대 등으로 인하여 향후 큰 폭으로 성장 가능 전망
  • Market and Markets(2020)에 따르면, 글로벌 CCUS 시장이 2020년 16.2억 달러에서 2025년 35.4억 달러 규모로 연평균 17.0% 성장할 것으로 전망
  • 미국 시장조사기관 베리파이드(VMR)에 따르면, CCUS 시장규모가 2019년 33.6억 달러에서 연평균 8% 성장하여 2027년에는 60억 달러에 이를 것으로 전망
  • BCC리서치는 CCUS 시장이 2020년 27억 달러에서 2025년 33억 달러로 연평균 4.6% 성장할 것으로 예측

분야별 CCUS 기술의 글로벌 시장 전망

(단위: 백만 달러)

구분, 2020년부터 2025년까지 성장률
구분 2020 2021 2022 2023 2024 2025 성장률 (‘20~’25)
포집 884.1 921.5 964.2 1,013.6 1,067.6 1,126.7 5.0
저장 755.7 785.9 820.5 860.7 904.5 952.4 4.7
전환 563.9 585.9 611.1 640.5 672.6 707.6 4.6
기타 468.6 483.3 500.2 520.2 542.0 565.8 3.8
합계 2,672.2 2,776.8 2,895.8 3,035.2 3,186.6 3,352.6 4.6

산업동향

(CCS) 2020년 9월 기준 전세계 상업용 CCS 설비는 65개이며, 연간 저장용량 4천만톤 규모로 운영 중
  • 단계별 현황을 살펴보면 현재 운영 중인 상업용 CCS 설비는 26개이며, 건설 중인 설비는 3개, 개발 단계 설비 34개, 운영 중지 설비가 2개임
  • 2020년 기준 17개의 신규 CCS 프로젝트가 착수되었으며, 미국이 17개 중 12개의 신규 프로젝트를 착수하여 가장 적극적으로 CCS 설비를 도입하여 글로벌 CCS 시장을 선도
(활용) 전세계적으로 정부·민간 주도의 다양한 CCU 프로젝트가 추진 중
  • (유럽) 50개 내외의 벤치급 이상 실증 및 상용화 프로젝트가 추진되고 있으며, 5개 내외의 사업이 상업화 단계에 진입
  • (독일) Covestro, BASF, Evonik 등의 기업이 참여하는 15개의 시범사업이 제안되어 상업 규모로 가동되고 있으며, 주로 연료, 화학물질 생산 등에 집중
  • Carbon8(영국), Calera(미국) 등에서는 이산화탄소 광물화를 통한 시멘트 대체제, 건축자재 생산 상업화
  • 국내에서는 CO2 화학전환, 생물전환, 광물화 실증 프로젝트 수행된 바 있으며, CO2 기반 고분자 제조기술이 개발되어 기업으로의 기술이전 등이 추진되었으나 상용화까지로는 연결되지 못함
  • 운영/ 건설중인 상업용 CSS설비
  • 개발 단계의 상업용 CSS설비
  • 운영 중지
  • 운영/ 건설중인 실증설비
  • 실증 완료된 설비

정책 동향

주요국은 CCUS 대규모 실증과 상용화 확대를 위해 법·제도·재정 지원 방안을 마련하여 관련 시장과 산업을 육성 중
  • (미국) ‘45Q Tax Credit’ 정책으로 포집·처리된 CO2당 최대 50달러 세액공제* 혜택 제공, DOE 등을 주축으로 상용화를 위한 기술개발 지속 추진

    * 저장 $50/ton, EOR $30/ton, 활용 $35/ton (’30년 기준)

  • (EU) CCS 지침(‘09)을 마련하고 Innovation Fund, Horizon 2020 프로그램 등을 통하여  CCUS 기술개발 집중 지원
  • (호주) CCS 상용화를 목표로 정부차원의 정책 마련 및 재정 지원 추진
  • (일본) CO2를 자원으로 인식하여 이를 재활용하는 기술혁신 전략인 국가 ‘탄소 재활용 로드맵’을 수립 발표 (‘19)
  • (한국) 「제3차 녹색성장 계획」을 통하여 ‘CCUS 원천 및 실증기술 확보’ 계획을 마련하고 R&D 적극적으로 추진

    * ’30’년 감축목표 이행 수정로드맵(’18)에서는 CCUS를 통한 10.3백만톤 감축 목표 명시

국가, 지원정책
국가 지원정책
미국
  • ‘45Q tax credit’ 제도 : CCS 저장 기준 50$/톤 세제 지원 (‘18～)

 * 이와는 별개로, Petra Nova 상용화 프로젝트(연 140만톤 규모, ’17년 가동)에 1.9억$ CAPEX 자금 지원
EU
  • Innovation Fund 조성 : EU ETS 수익금의 일부를 CCS 등 탄소저감 사업에 투자
일본
  • CAPEX OPEX 전액 지원 : 정부 주도로 Japan CCS를 설립 및 토마코마이 CCS 프로젝트 비용 전액(565억엔) 지원 (’12∼’20, 30만톤 규모 저장 성공(‘19.11)
  • 탄소 재활용 로드맵 수립 (’19)
중국
  • 아시아개발은행과 공동으로 CCS 실증 및 지원 로드맵 발표 (’15년)

 *연간 60만톤 저장 규모의 길림 CCS 프로젝트 완공(’18년)
호주
  • ‘연안 석유 및 온실가스 저장법’ 제정 (‘06년 제정, ’20년 개정)
  • 저탄소 기술로드맵 발표 (‘20)