일본산업뉴스요약

Next Tech 2030
CO₂를 해저 저류
분리막으로 분리∙회수 비용 대폭 삭감

대규모 발전소나 공장에서 배출되는 이산화탄소(CO₂)를 땅속에 매장하는 ‘CCS’라는 기술개발이 활발하다. 온난화대책으로 도입하고 있는 유럽과 미국에 이어 일본에서도 일본CCS조사(도쿄) 등이 홋카이도 앞바다에서 해저 저류의 실증 실험을 시작하였다. 지상과 비교하여 해저 저류는 비용이 많이 들고 난이도가 높지만 CO₂의 분리 비용을 대폭으로 억제하는 차세대기술을 확립하여 2030년대의 본격 가동을 목표한다.

“CCS는 이 이상의 기온상승을 방지하기 위해 유효한 기술이다”. UN의 기후변동에 관한 정부간 패널(IPCC)은 10월에 발표한 기후변동에 관한 최신특별보고서는 지구의 평균기온 상승을 산업혁명 전보다도 1.5도 이내로 억제하기 위해 반드시 필요한 기술로서 CCS를 제시하였다.

CCS는 ‘Carbon dioxide Capture and Storage(이산화탄소의 회수와 저장)’의 약칭이다. 배기가스를 아민(Amine)용액이라는 특수한 액체에 통과시킴으로써 CO₂를 분리∙회수한다. 그 후에 압축기로 압력을 가해 지하 수천m에 CO₂를 매장한다. 원래는 석유 채굴 현장에서 사용되었던 기술이다.

미국과 캐나다 내륙부를 중심으로 CCS 설비는 이미 18곳에서 가동 중이다. 그러나 해저 저류는 노르웨이 앞바다의 2곳에 그친다. 육상에 비해 설비비가 비싸고 유지 관리가 어렵기 때문이다. 일본은 육지에서 CCS에 적합한 광대한 지반을 확보하기 어렵기 때문에 정부는 해저를 대상으로 전략을 세우고 있다.

-- 홋카이도에서 실증 --
전력회사와 종합상사 등 30사 이상이 출자하는 일본CCS조사와 엔지니어링 회사 닛키(JGC) 등은 현재, 홋카이도 토마코마이에서 해저 저류 실증 실험에 착수하고 있다. 제유소의 수소제조장치에서 나오는 CO₂를 해저에 연간 30만톤 이상 매장하는 실증 실험이다. 16년부터 연간 10만톤씩 보내 현재는 20만톤에 달한다. 20년까지 실험을 계속하여 30년대의 상업 이용을 모색한다.

제유소에서 나오는 배기가스에는 수소 등 온난화가스가 아닌 기체도 많이 포함되어 있다. 여기에서 CO₂만을 추출하는 기술이 필수다. 그러나 CCS 설비에 드는 비용 중 CO₂를 분리∙회수하는 비용만 60%를 차지한다고 한다. 흡수한 CO₂를 아민용액에서 추출할 때 많은 열에너지를 소비하는 것이 큰 요인이다.

-- 어려운 설비 유지 --
분리∙회수 비용을 줄이지 않는 이상 장기에 걸친 설비 유지 관리가 어렵다. 특수한 환경에 견뎌야 하는 해저 저류라면 더욱 그렇다. 기술개발을 담당하는 닛키의 와타나베(渡辺) 엔지니어는 “실용화를 위해서는 분리∙회수 비용을 낮춰야 한다”라고 설명한다.

닛키는 아민용액을 사용한 ‘화학흡수법’이라는 분리∙회수 기술연구를 추진한다. 독일의 화학업체와 공동으로 아민용액의 CO₂ 흡착 성능을 높였다. 이를 통해 CO₂의 회수 효율이 향상되어 기존보다 비용을 25~35% 낮출 수 있을 것으로 전망한다.

전례가 별로 없는 해저 저류에 응용하기 위해 닛키가 주력하는 있는 것은 차세대 CO₂ 분리기술이다. 제올라이트라는 화합물을 분리막 재료로 사용하여 CO₂의 분자를 모은다.

제올라이트의 나노미터(나노는 10억분의 1) 이하의 미세 구멍을 사용하면 CO₂의 분자를 체에 거르는 것처럼 분리할 수 있다는 것에 착안하였다. 일정 기간 사용한 후에는 막을 교체하면 되기 때문에 아민용액처럼 대량의 에너지를 소비하지 않아도 된다는 이점도 있다. NGK Insulators와 공동으로 최첨단 기술개발을 추진한다.

정부는 30년까지 이러한 새로운 막을 사용하는 CO₂ 분리기술의 확립을 전망한다. 실용화되면 회수∙분리 비용이 CO₂ 1톤당 1,000엔대로, 아민용액을 사용하는 지금 방법의 4분의 1로 내려간다. 고비용을 극복할 수 있다면 일본 근해에서의 해저 저류가 실현될 가능성이 있다.

-- 단층∙어업 등 문제 다수 --
일본 근해에서 CCS를 추진하기 위해서는 저류지를 찾는 것도 과제다. 회수한 CO₂는 초임계라는 밀도가 큰 가스 상태로, 해저의 사암 등 틈새가 있는 층으로 보내진다. 근처에 단층 등이 있으면 해저로 빠져나갈 우려가 있다.

일본 근해는 4개의 플레이트가 서로 충돌하여 지진이 빈발하는 데다 미지의 단층도 적지 않다. 유럽이나 미국보다도 자연 조건은 좋지 않다. 정부는 2021년 무렵에 새로운 후보지 3곳을 선정할 방침이지만 적절한 곳을 찾을 수 있을지는 모른다.

어협관계자 등 지역의 이해도 간과할 수 없다. 홋카이도 토마코마이에서는 CO₂를 보낸 층의 압력을 확인하는 관측 우물을 3곳에 설치하였다. 또한 해저 2m에는 50m 간격으로 72개의 지진계를 두어 해저 상황을 상시 관측하고 있다.

일본CCS조사의 다나카(田中) 기술기획부장은 “정보를 숨기지 않고 공개하고 자주 대면하여 의견을 교환하는 것이 중요하다”라고 강조한다.

세계에서는 CCS의 설치를 석탄화력발전을 계속하는 조건으로 하는 나라도 있다. 일본도 석탄화력발전을 계속하는 이상 생각하지 않을 수 없다. 실용화의 미래는 홋카이도 토마코마이의 성과에 달려 있다.

● CCS의 실용화를 위한 동향

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