산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2021.6_특집요약 (p35~67)

탄소중립(Carbon Neutral)에서 승리한다
선진기업의 전략과 구체적인 도전

탄소중립(Carbon Neutral, 온난화 가스 배출량 실질 제로)의 움직임이 가속화되고 있다. 그 영향은 한 기업에 그치지 않고, 제품의 제조과정 뿐만 아니라, 원재료 생산부터 제품의 폐기처분에 이르기까지 서플라이 체인(Supply-chain) 전체에 파급되고 있다.

관망적인 태도를 취하던 기업들도 서둘러 대책을 세우기 시작했으며 탄소중립을 비용이 아닌 기회로 전환하기 위해 안간힘을 쓰고 있다. 이에, 선진기업의 전략과 구체적인 도전을 살펴보기로 한다.

Part 1. 총론
자사 기술을 활용해 사업화를 목표, 이산화탄소의 감축 타이밍과 수단은 십인십색

탄소중립(carbon Neutral), 즉 이산화탄소(CO₂)의 배출량을 흡수량으로 상쇄해 실질적인 CO₂ 배출량을 ‘제로’로 만들기 위한 대처는 광범위하며, 실현에 필요한 기술 또한 매우 다양하다. CO₂가 대기 중으로 방출되는 타이밍은 제조업의 직접적인 사업 활동에만 한정된 것은 아니다.

또한, 대기 중으로의 CO₂ 방출을 줄이는 것만이 대책이 아니라, 화석연료를 최대한 소비하지 않고 CO₂ 순환을 실현하는 것에 탄소중립의 본질적인 의의가 있다.

그 성패의 관건은 ‘기술’이다. 제조업에게는 투명한 활동과 편리한 사회를 양립시키는 기술 및 제품 개발을 통해 사업으로 확대시킬 수 있는 절호의 찬스라고 할 수 있다.
 
-- ‘능동적 탄소중립’이 요구된다 --
탄소중립의 움직임은 1990년대 후반부터 서서히 활발해졌다. 해외에 거점이 있는 글로벌 기업은 2000년경부터 유럽을 중심으로 형성된 이 같은 조류를 감지해 대응에 나서기 시작했다.

스가(菅) 총리는 소신표명 연설에서 “2050년까지 온실가스 배출량을 실질적으로 제로로 한다”라고 선언했다. 2021년 4월에는 ‘2013년도 배출량 대비 26%였던 2030년 시점의 온실가스 감축 목표를 ‘46% 삭감’으로 상향 조정. 2조엔의 ‘그린 이노베이션(Innovation) 기금’ 등 정부가 잇따라 본격적인 탄소중립의 관련 시책을 내놓음으로써, 그동안 관망하던 기업들도 정부 시책에 떠밀리듯 따라야 하는 상황에 이르렀다.

그러나, 정부의 대처나 시장의 요구와 같은 외압에 움직이는 수동적인 발상만으로는, 세계 시장에서 살아남을 수 없다. 탄소중립을 신사업 창출로 연결시킨다는 능동적인 발상으로 비즈니스 찬스를 잡아야 할 필요가 있다.

-- 서플라이 체인 전체에 요구되는 탈(脫)탄소 --
탄소중립의 실현을 위해서는 크게 두 가지 측면에서 생각할 필요가 있다. 하나는 ‘어디에서 CO₂ 배출량을 감축할 것인가’ 이고 다른 하나는 ‘어떤 방법으로 CO₂ 배출량을 감축할 것인가’ 이다.

CO₂ 배출량 감축이라고 하면, 제조업에서는 공장 등 제조 단계에서 실행하는 것으로 생각되지만, 사용하는 재료와 에너지의 생산 단계와 제품이 사용되고 있을 때에도 CO₂는 배출된다. 따라서 자사의 대처가 어떤 단계에서의 CO₂ 배출량 감축에 공헌할 수 있을 지에 대한 판단도 필요하다.

한편, 탄소중립을 위한 각 사의 대처는 CO₂의 발생량을 줄이는 것 외에도 있다. CO₂를 분리·회수해 이용하는 방법, CO₂의 배출권 구입과 같은 카본 오프셋(Carbon Offset)의 활용도 검토해 볼 필요가 있다.

-- CO₂ 배출 타이밍을 3가지로 분류 --
우선 ‘어디에서 CO₂ 배출량을 삭감할 것인가?’라고 하는 측면에 대해 살펴보겠다. 최근, 제품의 라이프 사이클 전체에서의 환경 부하를 평가하는 LCA(Life Cycle Assessment: 라이프 사이클 평가)가 확산되고 있다. 유럽에서는 이 LCA에 의한 규제 강화 논의가 본격화되고 있다.

LCA를 실시하는데 있어서 세계적으로 확산되고 있는 것이 '서플라이 체인(Supply-chain) 배출량'이라는 사고방식이며, CO₂의 배출을 3단계로 분류하고 있다.

공장에서의 화학연료의 연소 등 사업자 측에 의한 온실가스 직접 배출(Scope1), 전력 등 타사로부터 공급받은 에너지 사용에 따른 간접 배출(Scope2), 그리고 Scope1, Scope2 이외의 간접 배출(Scope3)의 3단계이다.

Scope1과 Scope2의 대책으로 이미 ‘설비의 전동화’와 ‘공장·오피스의 절전·성(省)에너지’ 등을 추진하고 있는 기업도 많다. Scope2에 관해서는 에너지 사업자 측의 탈탄소화를 위한 대처에 기댈 수밖에 없는 부분도 많지만, 액체 암모니아(NH₃)를 연료로 사용해 안정적인 연소 기술을 개발하는 도호쿠대학과 같은 사례도 늘어나고 있다.

최근에 각 기업이 주력하기 시작한 것이 Scope3, 특히 제품 사용 시의 CO₂ 배출량 감축이다. 고마쓰가 건설기계의 전동화를 추진하고 있는 것도, Scope3를 감안한 것이다. 사용 시의 CO₂ 배출량 감축이라고 하는 점에서 선행하는 자동차 업계에서는 전동화뿐만 아니라, 바이오 연료 등 새로운 탄소중립 연료에 대한 관심도 높아지고 있다.

Scope3에는 또 한 가지 중요한 요소가 있다. 서플라이 체인(supply-chain)의 상류에 해당하는 ‘재료’이다. 화석연료 유래의 원료를 사용해 제조 시에 대량 에너지를 소비하는 재료를 채택한다면 CO₂ 배출량을 삭감할 수 없다.

-- 회수·재사용 및 배출권 거래 --
탄소중립 실현에서 생각해야 하는 중요한 또 하나의 측면이, CO₂ 배출량을 ‘어떻게’ 감축할 것인가? 이다. ‘배출하지 않는다(배출량을 줄인다)’와 ‘배출한 CO₂를 회수·재이용한다’ 중에서 어느 한 쪽을 선택해야하는 것이다.

전자(前者)에서는 전동화나 성(省)에너지, 재생에너지의 활용을 들 수 있다. 소니가 실시하고 있는 자가 탁송처럼 재생에너지를 저렴하고 안정적으로 사용하기 위한 유저 측의 대처도 있다.

향후, 높은 주목을 받게 될 것으로 주목받는 것이 CO₂를 분리·회수하는 방법이다. 앞에서 소개한 CO₂를 회수해 메탄가스를 생성하는 덴소의 기술도 그 중 하나이다. 도레이(Toray)는 열에너지를 사용하지 않고 배기가스로부터 CO₂를 분리·회수할 수 있는 여과막을 탄소섬유로 실현했다. 태양광과 CO₂로부터 유용 물질을 생성하는 인공 광합성에서는, 도요타중앙연구소가 장치의 대형화와 변환 효율의 향상을 추진한다.

그러나, 자사의 활동만으로 감축할 수 있는 CO₂ 배출량에는 한계가 있다. 그래서 나온 것이 ‘배출권의 구입’이나 ‘산림의 식수(植樹)’ 등에 의해 간접적으로 감축 및 흡수하는 수단이다. 사업 활동에서의 CO₂ 배출량의 70% 이상이 조달 부품에 의한 것이라고 하는 DMG 모리정기(森精機)는 자조적인 노력만으로 절감할 수 없는 CO₂에 대해서는 카본 오프셋을 적극적으로 이용하고 있다.

탄소중립의 여명기. 많은 기업이 잇따라 새로운 기술을 개발해, 확산되고 있는 거대 시장으로의 참여를 시도하고 있다. 급격히 진전되는 변혁을 전환점으로 인식해 새로운 사업의 전개를 도모할 자세가 필요하다.

● 자동차 업계의 대응
전동화를 가속화하면서 내연기관도 진화, LCA로 재료 선택 사항도 재고

-- 신연료로 탄소중립 실현 --
JAMA는 탄소 중립에 전력을 다하겠다고 반복해서 표명하고 있어, 2021년 3월의 정례회견에서는 에너지 정책과 세트로 논의할 필요가 있다고 지적하고 있었다. 이번에는 수소로 만드는 e연료(e-Fuel)와 바이오 연료 등 탄소중립 연료의 중요성을 강조한 내용이었다. “탄소중립 연료를 사용하면 엔진차는 하이브리드카(HEV) 수준으로, HEV는 플러그 인 하이브리드카(PHEV) 수준으로, PHEV는 전기차(EV) 수준이 된다. 신차뿐만 아니라, 보유차량을 포함한 모든 차량에서 CO₂를 줄일 수 있다. 선박이나 항공기 등, 자동차 이외의 산업에도 응용할 수 있다”(도요타자동차 도요타 사장)라고 한다.

“지금, 일본에서는 신차의 전동화율이 세계 제2위인 약 35%이지만, 보유 차량인 약 8,000만대에 대해서는 전동화율이 10%를 밑도는 수준이다. 그 중에서 무배출 시스템 차량인 EV나 FCV의 비율은 한층 더 낮으며 그 수는 극히 적다. 차량의 보유 기간이 장기화되고 있는 가운데 보유차에 대해서도 손을 쓰지 않으면, 일본은 탄소중립을 달성할 수 없다”(도요타 사장)라고 말한다.

-- 자동차의 전동화 가속 --

-- LCA 규제 강화 --
유럽위원회에서 2019년경부터 시작한 LCA에 의한 규제화 논의 결과가 조금씩 가시화되고 있다. 예를 들어 전기자동차(EV) 등의 배터리에 대해 2024년부터 LCA에 의한 CO₂ 배출량 신고를 의무화하기로 결정했다.

배터리 이외의 자동차 소재에 대한 규제는 아직 알 수 없으나, 2023년경에 골자가 정해질 것이라고 한다. 다만 LCA 관점에서 EV는 가솔린차에 비해 소재 및 차량 제조 시의 CO₂ 배출량 비율이 크다. 따라서 제조 시의 CO₂ 배출량이 큰 부품이나 소재가 자동차에 사용할 수 없게 될 가능성은 충분하다.

제조 시의 CO₂ 배출량에서는 경량화 재료로의 이용이 확산되고 있는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)이나 알루미늄(Al) 합금이 역풍을 맞게 된다. 재료 업체는 제조 과정에서의 열 에너지의 삭감 및 재생가능 에너지로의 전환, 재활용 기술의 도입을 추진한다.

재활용에 관해서는 유저 측인 자동차 제조사의 각 사도 대처에 협력한다. 예를 들면 닛산은 2021년 1월, 북미에서 발매한 신형 SUV인 ‘로그’에서 처음으로 Al 합금제 부품에 클로즈드 루프 리사이클링을 채택했다고 발표했다. 차량 조립공장에서 발생한 Al 합금 단재 스크랩을 분리해 UACJ나 미국 Arconic(아코닉) 등 알루미늄 제조사의 공장으로 보내 재활용한다.

Part 2. 각 사의 전략

● 덴소
‘하늘을 나는 자동차’의 미래에 기대, 전동화 하지 못해도 CO₂ 배출을 저감

2035년까지 탄소중립을 목표로 하는 덴소. 자동차 부품의 열효율 향상, 배출가스의 후처리 등으로 축적해 온 기술력을 결집해, 새로운 분야를 개척함으로써 사업의 기반으로 삼는 것도 시야에 넣고 있다. 2021년 1월 1일에는 환경 뉴트럴 시스템 개발부를 신설해, 활동을 가속화하고 있다.

-- 공장에는 전동화가 불가능한 설비도 있다 --
-- 기술을 사회에 확산시켜 사업의 중심으로 --
-- ’하늘의 모빌리티’의 장래에 기대 --

● 고마쓰
급전 전략이 관건을 쥐다, 건설기계·광산기계의 전동화

고마쓰는 2022년 3월기까지의 중기경영계획에서 ‘본업을 통한 ESG(환경·사회·거버넌스)과제 해결’을 경영 목표로 내걸고 있으며, ESG 과제의 해결과 수익 향상의 호순환에 의한 지속적인 성장을 지향한다. 그 활동 중 하나가 환경 부담을 줄이는 것이다.

구체적으로는 2030년까지 이산화탄소(CO₂) 배출량을 2010년 대비 50% 감축한다는 목표를 내걸고 있다. 재생가능 에너지의 사용률도 2030년까지 50%까지 끌어올린다는 목표이다.

-- CO₂ 삭감 대책은 순조롭게 진행 --
-- 전동화에 불가결한 급전 전략 --
-- 100% 재생에너지화, 국가 차원에서 도전해야 --
-- 시장이 형성된 다음에는 늦는다 --

● DMG 모리정기(森精機)
독일로부터 배운 환경 제어, 산림 재생 프로젝트에도 투자

2021년 3월, 가장 빨리 글로벌에서의 탄소중립 달성을 선언한 DMG 모리정기. 그 배경에는 환경 의식이 높은 독일 거점의 존재가 있었다. 태양광 발전 및 바이오매스 발전 등의 재생가능 에너지 외에, 카본 오프셋의 활용에도 적극적이다.

2021년 3월에는 세계에서 생산하는 전제품의 부품 조달부터 출하까지의 공정에서 탄소중립을 달성하고 있으며, 2022년에는 서플라이 체인(Supply-chain) 전체에 대한 탄소중립 달성을 목표로 한다.

-- 태양광 및 바이오매스 발전을 도입 --
-- 기업이 단독으로 시행하기에는 한계가 있다 --
-- 친환경 기계가 경쟁력이 된다 --

● 브리지스톤
재생가능 재료인 천연고무에 주력, 재생(Retreading)으로 재료 소비를 반감

브리지스톤 Global CEO 이시바시(石橋) 씨는 2020년말, 탄소중립으로의 대처를 강화한다고 표명. 사업 활동에서 배출하는 이산화탄소를 2030년에 2011년 대비 50%로 줄인다는 목표를 분명히 해, 30% 감소였던 기존 목표보다 삭감 폭을 늘렸다. 회사 공개 자료에 따르면, 2011년 CO₂ 배출량은 연간 약 450만톤. 이것을 2030년에는 225만톤 전후로 줄여, 2050년까지 탄소중립화를 목표로 한다.

-- 이용 및 폐기도 고려해 CO₂ 삭감 --
-- 지속가능한 재료의 비율 100% 목표 --
-- 재생 타이어로 CO₂를 절반으로 줄인다 --

Part 3. 기술편

● 재생에너지 자가 탁송
부지 외의 '소 축사'에서 발전(發電)하여 공장으로 송전, 싸고 안정적인 재생에너지 전력을 확보

소니는 2021년 4월 안정되고 저비용으로 재생가능 에너지를 이용할 수 있는 '자가 탁송' 운용을 시작했다. 자가 탁송이란 원격지에서 자가발전한 전력을 전력회사의 송배전망을 이용해 자사의 사무실이나 공장에 송전해 소비하는 것. 소니의 자가 탁송의 특징은 자사의 소유지가 아닌 장소에서, 자사 소유가 아닌 태양광발전 패널을 사용하고 있다는 점이다. 소니는 이와 같은 도전을 통해 CO₂ 배출량을 연간 약 192톤 삭감할 수 있다는 계산이다.

-- 태양광발전 패널의 장소도 소유주도 사외(社外) --
-- 정밀도가 높은 발전량 예측이 필요 --
-- 재생에너지 활용은 경제면에서도 유효 --

● 인공 광합성
태양광을 세계 최고의 효율로 변환, 2030년에는 1m 각까지 전극을 대형화

도요타중앙연구소는 태양광과 이산화탄소(CO₂) 및 물(H₂O)에서 포름산의 나트륨을 합성하는 인공 광합성 기술로 태양광에서 포름산으로의 에너지 변환 효율 7.2%를 실현했다고 2021년 4월 21일에 밝혔다. 이 성과는 학술지 'Joule'에도 게재되었다.

이번 7.2%는 ‘세계 최고’의 높은 수준이며, 셀의 측법을 36x36cm로 대폭적으로 스케일 업 하는 장치를 갖추고 있다. 이미 다음 단계로, 1x1m라는 대형장치 개발을 추진하고 있다고 밝혔다.

-- 3가지 장치로 나눠서 광합성 --
-- 암모니아보다 취급이 쉬운 포름산 --

● CO₂ 분리막
열을 사용하지 않고 고효율로 분리, 수처리막과 탄소섬유를 융합

도레이(Toray)는 공장 등에서 배출되는 가스로부터 이산화탄소(CO₂)를 분리·회수할 수 있는 탄소섬유로 만든 여과막을 개발했다. 도레이의 정수기에서 이용하는 중공사막 필터와 비슷한 구조로 CO₂를 분리한다. “수처리 분리막의 연구로 쌓은 다공질체 기술과 탄소섬유 기술을 활용했다”(도레이 첨단재료연구소 주임연구원의 미하라 (三原) 씨). 기존의 CO₂ 분리막(제올라이트)에 비해 가늘고 유연성이 높아, 체적 당 CO₂ 투과량 및 제조 비용 면에서 뛰어나다.

-- 기공의 크기와 두께 최적화 --
-- 5배 고성능으로 10배 이상 저렴해 --
-- 소형 플랜트부터 공략 --

● CO₂ 순환
공장으로부터 배출되는 가스를 연료로, 메탄가스를 생성해 재사용

덴소는 공장이 배출하는 이산화탄소(CO₂)를 회수해 메탄가스를 생성하는 기술 개발을 추진하고 있다. 덴소의 안조(安城)제작소(아이치 현)의 전동개발센터 내에 면적 70㎡정도의 ‘CO₂ 순환 플랜트’를 건설한다고 2021년 4월 7일에 공표했다. 덴소는 2035년까지 탄소중립을 달성한다는 목표를 내걸고 있으며, 자체 기술개발을 가속화하고 있다.

-- 수소와 이산화탄소를 합성 --
-- 3영역에서 배출 제로를 목표 --

● 바이오 플라스틱
연두벌레로부터 플라스틱 제조, 원료 비용 100엔대/kg에 도전

탄소중립을 위해 녹조류의 일종인 연두벌레(학명: 유글레나)를 사용한 ‘연두벌레 수지(樹脂)’의 연구개발이 가속화되기 시작했다. 2021년 3월, 바이오 벤처 유글레나가 세이코 엡손 및 NEC 등 10사 이상의 협의체 ‘Pararesin Japan Consortium’을 설립. 배양액 및 원료, 중간재의 규격화를 목표로 2030년에 연간 20만톤 규모를 공급한다는 계획이다.

-- 연두벌레 유래의 다당류 --
-- ‘일본 연합’의 실용화를 가속 --
-- 원료 가격 100엔대에 도전 --

● 수소환원 제철
차세대 용광로(고로)로 CO₂ 30% 감축, 2030년 실제 기기화 목표

대기업 철강사가 용광로에서의 이산화탄소(CO₂) 배출량 삭감에 한층 더 힘을 쏟기 시작했다. 철을 제조하는 용광로는 대량의 CO₂를 배출한다. 따라서, 이른 단계부터 업계 차원에서 CO₂ 배출량 삭감을 위한 기술에 도전해 왔다.

그 중 하나가 용광로로부터의 배출 가스에 포함되는 CO₂의 30% 삭감을 목표로 하는 ‘COURSE50’ 프로젝트이다. 일본제철(日本製鉄)과 JFE스틸, 고베제강소(神戸製鋼所)의 국내 고로 3사 및 일본제철엔지니어링이 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)의 위탁 사업으로서 기술개발을 추진하고 있다. 2016년에는 일본제철(당시 신일본제철주금)의 동일본제철소 기미쓰(君津)제철소(지바 현)에 소형 시험 용광로를 건설해 실증시험을 진행해 왔다.

-- 코크스를 줄이고 수소를 주입 --
-- 용광로 속의 현상을 고정밀도 수학 모델로 재현 --
-- 수소환원제철, 궁극적 목표는 코크스 불필요 --

● 액체 암모니아 연소
기류 제어로 화염을 안정화, 가스터빈 연료로 이용할 수 있게

도호쿠(東北)대학은 액체 암모니아(NH₃)를 연료로 직접 연소시켜 화염을 안정화 시키는 기술을 개발했다. 이 대학은 액체 암모니아를 연료로 하는 가스터빈 개발도 IHI 및 산업기술종합연구소와 공동으로 추진하고 있다.

현재 암모니아는 수소의 수송·저장 등을 담당하는 수소 캐리어로서 주목받고 있지만, 연소시켜도 이산화탄소를 발생하지 않는 친환경 연료로도 이용되고 있다. 암모니아를 화력발전소 가스터빈의 연료로 이용하는 길이 열린다.

-- 저비용으로 사용할 수 있는 액체 암모니아 --
-- 암모니아 연소의 과제 해결 --
-- IHI가 상업화를 노린다 --

 -- 끝 --

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