대기 중 CO2 포집하는 DAC Tech
The international community established specific greenhouse gas reduction targets through the Kyoto Protocol in 1997. Despite this, global energy consumption continues to rise, accelerating the climate crisis. One innovative solution gaining attention is Direct Air Capture (DAC) technology, which separates carbon dioxide from ambient air. DAC utilizes chemical or physical processes to extract CO₂, which is then stored safely. Although challenges remain in energy consumption and technology validation, startups are actively pursuing its commercialization, suggesting DAC could play a vital role in addressing climate change.
국제사회는 1997년 교토의정서를 통해 구체적인 온실가스 감축 목표를 설정하고, 이를 달성할 의무를 각국에 부과하였다. 그러나 전 세계적으로 에너지 사용량은 계속 증가하고 있으며, 이로 인해 기후 위기가 가속화되고 있는 상황이다. 이러한 위기를 극복하기 위한 혁신적인 기술로 현재 가장 주목받고 있는 것이 바로 직접 공기 포집(DAC, Direct Air Capture) 기술이다. DAC는 주변 공기에서 직접 이산화탄소를 분리하여 수집하는 기술로, 탄소 제거 기술 중에서도 이산화탄소 포집, 활용 및 저장(Carbon Capture Utilization and Storage, CCUS) 기술의 일종으로 분류된다. 이 기술은 기존의 발전소와 같은 온실가스 배출원이 아닌 대기 중의 이산화탄소를 대상으로 한다.
DAC 기술의 원리는 간단하다. DAC는 주변 공기에서 이산화탄소를 직접 추출하기 위해 화학적 또는 물리적 공정을 사용하는 방식이다. 추출된 이산화탄소(CO₂)는 안전한 장기 저장소에 격리되어, 이 과정에서 전반적인 이산화탄소 제거가 이루어진다. DAC는 대기 중에서 직접 이산화탄소를 포집하는 방식으로, 시멘트 공장이나 바이오에너지 플랜트와 같은 점 오염원에서의 CO₂ 포집인 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술과는 다르다. DAC는 포집된 이산화탄소를 탄소 중립 연료의 격리, 활용 또는 생산을 위해 농축된 CO₂ 흐름으로 변환하는 과정을 포함한다. 이 과정은 거대한 팬을 통해 주변 공기를 빨아들이고, 이 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 방식으로 진행된다.
이를 위해 이산화탄소와 결합할 수 있는 화학 물질이 코팅된 필터를 사용하거나 용액을 활용하여 화학적으로 결합하는 방법이 적용된다. 그러나 실제 실행은 쉽지 않다. 대기 중 이산화탄소 농도가 0.04%에 불과하기 때문에 이를 선별하여 포집하는 과정은 많은 에너지와 비용을 소모하며, 기술 실증이 충분히 이루어지지 않아 상용화에 어려움을 겪고 있다. 그럼에도 불구하고 최근 스타트업을 중심으로 기술 상용화가 활발히 진행되고 있으며, 이와 함께 투자도 증가하고 있다. 이러한 흐름은 DAC 기술이 앞으로 기후 위기 대응의 중요한 역할을 할 수 있다는 기대를 안겨준다.
기후변화 대응을 위한 온실가스 감축 목표와 탄소 제거 기술의 필요성
1. IPCC의 목표: 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)는 전 지구적 온도 상승을 산업화 이전 대비 1.5°C로 제한하기 위해 2030년까지 세계 온실가스 배출량을 2019년 대비 43% 감축해야 한다고 보고했습니다. 또한 2050년까지 세계 탄소 배출량이 '0'이 되는 탄소중립(Net-zero, 넷제로) 달성을 목표로 하고 있습니다.
2. 온실가스 감축 방안: 온실가스 배출원을 직접 제한하거나 조정하여 오염물질 배출을 줄이는 것이 첫 번째 방안으로 제시되었습니다. 그러나 기업이 계속해서 생산을 지속하는 한, 온실가스 배출량을 급격히 줄이는 데는 한계가 있습니다.
3. 탄소 제거 기술(CDR): 대기 중 이산화탄소를 흡수하기 위한 탄소 제거 기술이 중요해지고 있으며, 이는 크게 자연 기반 탄소 제거와 공학 기반 탄소 제거 기술로 나눌 수 있습니다. 자연 기반 방식은 수목 및 토양 등의 기존 자연 작용을 향상시키는 방식입니다. 그러나 이러한 방법에도 한계가 있어 무한정 숲을 확장하기는 어렵습니다.
4. 인위적 탄소 제거 기술의 필요성: IPCC 보고서에서는 인위적 탄소 제거 기술의 사용이 넷제로 목표 달성을 위해 필수적이라고 명시하고 있습니다. 이는 전 세계가 탄소 포집 기술 없이는 기후변화 목표를 달성할 수 없음을 강조합니다.
5. 한국의 기술 수준: 2021년 한국에너지기술연구원의 보고서에 따르면, 한국의 CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장) 기술 수준은 선도국가인 미국과 유럽의 79.2% 수준이며, 기술격차는 약 4.9년 정도입니다. 이를 줄이기 위해서는 대규모 실증 및 상용화 프로젝트 추진과 R&D 지원 확대가 필요합니다.
DAC(Direct Air Capture) 기술의 상용화에 성공한 여러 스타트업
1. 클라임웍스(Clineworks):
스위스에 본사를 둔 클라임웍스는 전 세계에서 가장 큰 DAC 시설인 '오르카(Orca) 프로젝트'를 아이슬란드에서 운영하고 있습니다.
이 회사는 유럽 전역에 15개 시설을 운영하고 있으며, 지열이나 쓰레기에서 발생하는 폐열을 활용해 연간 6000톤 이상의 이산화탄소를 포집하고 있습니다.
2. 글로벌서모스탯(Global Thermostat):
미국의 DAC 스타트업으로, 경제학 교수인 그라시엘라 치칠니스키가 공동 설립했습니다. 에너지 사용량이 적고 비용이 낮은 DAC 기술을 장점으로 내세우고 있으나, 과거에는 기술 개발에서 어려움을 겪기도 했습니다.
2022년 인플레이션 감축법(IRA)의 통과로 미국 에너지부의 보조금을 지원받을 수 있게 되어 성장의 전환점을 맞이했습니다.
3. 카본엔지니어링(Carbon Engineering):
이 스타트업은 포집하는 탄소의 규모가 크고, 포집된 탄소를 연료로 재활용하는 기술을 개발하고 있습니다. 캐나다의 시범 시설 운영을 시작했으며, 미국 내에서 연간 1만 톤의 이산화탄소를 포집하는 시설 건설을 위해 7000만 달러의 투자금을 유치했습니다.
4. 캡처식스(Capture6):
필자가 근무하는 소풍 벤처스가 최근 투자한 DAC 스타트업으로, 담수화 시설과 DAC를 연결해 이산화탄소를 포집 및 제거합니다. 이 기술은 담수화 프로세스를 통해 탄소 농축수를 농업용수나 식수로 전환할 수 있으며, 기존 시설에 쉽게 설치할 수 있어 초기 인프라 구축 비용이 낮습니다.
5. 기타 스타트업:
.서스테라(Sustaera): 빌 게이츠의 투자를 받은 스타트업으로, DAC 기술을 활용하고 있습니다.
.에어(Heirloom): 광물을 사용해 대기 이산화탄소를 포집하는 기술을 개발 중입니다.
.카본캡처(Carbon capture): 모듈형 컨테이너를 구성하여 확장성을 늘린 DAC 스타트업입니다.
DAC(Direct Air Capture) 기술에 대한 국제적 지원이 증가
1. 미국의 지원: 2021년 인프라 투자 및 일자리 법안에 따라 미국은 DAC 허브에 35억 달러를 투자하기로 하였으며, 이로 인해 4개의 DAC 허브를 건설하고 초기 연구 및 운영까지 지원할 계획입니다. IRA(인플레이션 감축법)의 통과로, 기업들은 산업 활동으로 생성된 이산화탄소를 포집하고 격리할 경우 최대 180달러의 세액 공제를 받을 수 있어, 이는 DAC 기술의 수요를 촉진하는 데 기여하고 있습니다.
2. 유럽연합(EU)의 투자: EU는 2020년 예산으로 118억 달러를 10개년 DAC 연구 프로그램에 투입하는 등, DAC 기술에 대한 적극적인 투자를 하고 있습니다.
3. 한국의 예산 투입: 한국 정부는 2050년 탄소중립 목표 달성을 위해 DAC 기술이 핵심적인 역할을 할 것으로 보고 관련 사업에 예산을 적극 투입하고 있습니다. 2023년 기후 환경 분야에 197억 원을 투자하며, 민간 참여를 이끌어내기 위한 노력을 하고 있습니다.
4. 벤처 투자와 혁신: 빌 게이츠와 마크 저커버그와 같은 유명 인사들이 DAC 기술에 대한 혁신적인 가능성을 언급하며 적극적인 투자를 이어가고 있습니다. 빌 게이츠의 기후 펀드인 '브레이크스루 에너지 캐털리스트'는 DAC 기술에 150억 달러의 기후 투자 자금을 투입할 예정입니다.
5. 고품질 탄소 제거 크레디트의 수요 증가: 대기업들의 고품질 탄소 제거 크레디트에 대한 수요가 증가함에 따라 DAC 기술에 대한 투자도 확대될 것으로 보입니다. 클라임웍스가 대기업에 제공한 탄소 제거 크레디트가 DNV의 공식 인증을 받은 첫 사례로, 이는 DAC 프로젝트에 대한 자본 투입을 더욱 촉진할 것으로 예상됩니다.
기술의 한계
1. 경제성의 문제: DAC 기술의 탄소 포집 비용이 이산화탄소 1톤당 200400달러에 달하며, 이는 기존 산업에서 포집하는 이산화탄소 비용(3070달러)에 비해 매우 비쌉니다. 이로 인해 경제성을 확보하기 위한 연구 개발이 필요하다는 점이 강조됩니다.
2. 에너지 소비: 공기 중에서 탄소를 포집하기 위해 많은 양의 에너지가 소모됩니다. 이는 경제성과 효율성 문제를 야기하며, 청정 에너지 기술과 같은 다른 분야에 에너지를 더 효율적으로 사용하는 것이 낫지 않겠냐는 비판도 존재합니다. 하지만, 스타트업들이 지열 발전소의 폐열을 활용하는 등의 다양한 대안 기술 개발이 진행되고 있습니다.
3. 기업의 탄소 배출 인식: DAC 기술이 발전함에 따라 기업들이 탄소 배출량을 줄이기보다는 나중에 포집할 수 있다는 인식이 확산될 우려가 있습니다. 따라서 직접적인 탄소 배출량을 줄이는 노력이 병행되어야 합니다.
4. 포집된 이산화탄소의 처리: 포집된 탄소를 어떻게 저장하거나 활용할 것인지에 대한 문제도 남아 있습니다. 예를 들어, 클라임웍스가 포집한 이산화탄소를 음료수 제조에 사용하는 사례가 비판받기도 했습니다.
5. 기술 격차: 한국은 CO₂ 저장 기술에서 선도국가와의 기술 격차가 크며, 대규모 저장소 확보가 어려운 상황입니다.
6. 정책적 지원의 필요성: DAC 기술의 발전을 위해 정책적인 지원과 연구개발(R&D) 투자 인프라 구축이 필요하다는 점이 강조됩니다. 국제에너지기구(IEA)는 DAC 기술을 통해 2030년까지 1억340만 톤의 이산화탄소를 포집할 수 있을 것으로 전망하고 있습니다.
Dong-A Business Review June 2023 인용
