이산화탄소포집 기술(CCUS, DAC), 세상 제일 쉽게 설명

 

이산화탄소 포집의 모든 것: CCUS와 DAC 이야기

 

  이산화탄소 포집 기술은 기후 변화 문제를 해결하기 위해 주목받고 있는 핵심 기술이에요. 이 중에서도 CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage)와 DAC(Direct Air Capture)는 각각 독특한 방식으로 이산화탄소를 포집하고 활용하고 있어요.

 

 

 

  이번 글에서는 이산화탄소포집을 위해 CCUS와 DAC가 어떤 역할을 하는지 또 누가 더 경제적이고 현실적인지도 알아볼게요.

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CCUS, DAC: 두 가지 접근 방식

 

1. CCUS : 산업의 CO2를 잡다

 

  CCUS는 Carbon Cature Uilization and Storage의 약자인데요. 영어 뜻 그대로 '탄소포집 활용 및 저장'의 뜻이에요. 즉, CCUS는 탄소를 저장할 뿐만 아니라 활용한다는 측면에서 이러한 이름이 붙었죠. 참고로, 단순 저장을 하는 것을 CCS라고 불러요. 이용(Utilization)이란 철자가 빠졌죠.

 

  CCUS는 발전소나 공장 같은 대규모 배출원에서 나오는 CO₂를 포집합니다. 대표적으로 이산화탄소 배출이 많은 '제철소'에 주로 CCUS가 쓰여요. CCUS가 CO2를 포집하는 방법은 1) 연소 전 포집, 2) 연소 후 포집, 3) 순산소 연소 방식 등이 있어요.

 

  간단히 설명해볼게요. 석탄(탄화수소 계열)이 제철소에 들어간다고 가정해보죠. '1) 연소 전 포집'은 아직 석탄이 연소되지 않은 상태이기 때문에 이산화탄소 배출이 아직 안되있겠죠. 이때, 석탄을 미리 가스화하여 탄소와 수소를 분리해줘요. 탄소는 공기 중 산소와 만나 이산화탄소가 되겠죠. 이때, 생성된 이산화탄소를 바로 잡아버리는 것이 '1) 연소 전 포집 입니다.

 

'2) 연소 후 포집'은 석탄이 연소되면서 탄소를 배출하게 되고 공기 중에 산소와 만나 생성된 이산화탄소를 포집하는 것이에요. 일반적인 CCUS 개념이 이에 해당하죠.

 

'3) 순산소 연소 방식'은 석탄을 연소할 때, 다양한 화학물질이 섞여 있는 공기 대신 '순수한 산소'만을 사용하는 것을 의미해요. 탄소 + 순수한 산소의 만남이기 때문에 산소만 제거하면 쉽게 탄소를 포집할 수가 있겠죠. 사실, 공기에는 산소, 이산화탄소 뿐만 아니라 질소, 아르곤, 네온, 헬륨, 메탄, 수소, 크세논 등 10가지가 넘는 화학성분들이 들어있어요. 석탄이 연소할 때 이러한 다양한 화학성분들과 섞이면 따로 이산화탄소만 분리하기에는 힘든 여정이 되겠죠. 그래서, 순수한 산소만을 연소 시키는데 주입시켜 이산화탄소를 분리하기 쉽게 만드는 것입니다. 이를 '순산소 연소 방식'이라고 불러요.

 

• 포집 방법: 연소 전 포집, 연소 후 포집, 순산소 연소 방식 등이 사용됩니다.
• 활용: 포집된 CO₂는 화학 제품, 연료, 건축 자재로 활용되거나,
• 저장: 지하 대염수층이나 폐유전에 주입해 영구적으로 보관됩니다.

 

 

2. DAC : 대기 중 CO₂를 직접 포집

 

DAC는 Direct Air Capture의 약자에요. 영어 뜻 그대로 '직접 대기(공기) 포집'이란 뜻이죠. DAC는 대기 중 저농도 CO₂를 포집하는 기술이에요. CCUS가 산업현장(예시 - 제철소)에서 나오는 탄소를 포집하는 것이 목적이라면, DAC는 대기 중 어느 곳에서나 섞여 있는 이산화탄소를 포집하는 것을 의미해요. 쉽게 말해, DAC는 공간제약을 받지 않죠. 공기는 어디에나 있으니깐요.

 

DAC의 포집방법에는 '1) 화학적 흡수제, 2) 고체 흡착제' 두 가지 방식이 있어요.

 

1) 화학적 흡수제는 대기 중의 공기를 팬(Fan)으로 흡입하여 수산화칼륨(KOH)과 같은 액체 흡수제와 접촉시키는 방식이에요. 그러면, 액체상태인 수산화칼륨이 대기 중 이산화탄소를 흡착하여 탄산칼륨으로 변하죠. 추후, 탄산칼륨을 가열하여 CO2를 분리하고 남은 수산화칼륨은 재사용합니다.

 

2) 고체 흡착제 방식 역시 화학적 방법인데요. 탄소와 잘 결합하는 아민(amine)을 사용하는 것인데요. 아민은 암모니에 들어있는 화합물이에요. 암모니아 + 탄소가 잘 결합하는 성질을 갖고 있기 때문에 아민 역시 탄소를 흡착할 수 있는 능력이 뛰어나죠.

 

• 포집 방법: 화학적 흡수제(예: 수산화칼륨)나 고체 흡착제(예: 아민 기반 물질)를 사용합니다.
• 활용 및 저장: 포집된 CO₂는 합성연료 생산이나 탄산음료 제조에 사용되거나, CCUS와 비슷한 방식으로 저장됩니다.

요약

• CCUS는 특정 배출원에서 고농도의 CO₂를 포집하고 활용하거나 저장합니다.
• DAC는 대기 중의 CO₂를 직접 포집하며, 활용 및 저장이 가능합니다.

 

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CCUS vs. DAC :

 

1. CCUS 장단점 :

 

장점 :

• 저장 안정성: 폐유전 같은 안정적인 지질 구조에 저장해 안전합니다.
• 활용 가능성: 포집된 CO₂는 화학 제품, 합성연료 등 다양한 산업에서 활용됩니다.
• 효율성: 고농도의 CO₂를 포집하므로 에너지 효율이 높습니다.

 

단점 :

• 지리적 제약: 배출원이 있는 지역에서만 적용이 가능해요.
• 초기 비용: 설비 설치와 운영에 상당한 초기 자본이 필요합니다.

 

 

2. DAC 장단점 :

 

장점 :

• 공간 제약 적음: 발전소나 공장이 필요 없으므로 설치 위치에 유연성이 있습니다.
• 전 세계 적용 가능: 대기 중의 CO₂를 포집하므로 어디에서나 활용 가능합니다.

 

단점 :

• 높은 비용: 저농도 CO₂를 포집하므로 에너지 소비가 크고 비용이 높습니다.
• 기술 성숙도: 현재 기술 개발이 진행 중이며, 상용화에는 시간이 더 필요합니다.

 

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CCUS vs. DAC: 비용으로 보는 차이점

 

이 두 기술은 비용 면에서도 큰 차이를 보입니다.

• CCUS 비용: 톤당 약 50~100달러.
• DAC 비용: 톤당 약 100~600달러.

 

 

왜 차이가 날까요?

1) CO₂ 농도 차이: CCUS는 고농도 CO₂를 다루는 반면, DAC는 저농도 CO₂를 포집합니다.

2) 기술 성숙도: CCUS는 비교적 성숙된 기술이고, DAC는 초기 단계입니다.

 

요약

CCUS는 비용 효율적이고 성숙된 기술이지만, DAC는 유연성이 높아 차세대 기술로 주목받고 있습니다.

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정리

• CCUS: 산업 배출원에서 고농도 CO₂를 포집하며, 상대적으로 비용이 저렴합니다.
• DAC: 대기 중 CO₂를 포집하며, 유연성이 뛰어나지만 비용이 높습니다.
• 미래 전망: 두 기술 모두 기후 변화 대응에 중요한 역할을 하며, 상호 보완적인 관계를 형성할 것입니다.