대기 중 이산화탄소를 뽑아내기 위해 광물을 활용하는 신생 스타트업이 있다. 이 스타트업은 기후 변화를 막기 위해 ‘강화된 풍화(enhanced weathering)’라고 불리는 기술을 상업적으로 시도한 최초의 기업 중 하나이다.

‘에어룸 탄소 기술(Heirloom Carbon Technology)’사(社)(이하 에어룸)’는 이 기술이 상업적 규모에 도달할 경우 여타 산업적 접근방식보다 훨씬 저렴한 톤당 50달러(약 5만 5000원)로 이산화탄소를 제거할 수 있다고 말한다. 이들의 목표는 2035년까지 기후변화를 유발하는 주요 온실가스 10억 톤을 제거하는 것이다.

샌프란시스코에 본사를 둔 이 회사는 5월 26일, 브레이크스루에너지벤처스(Breakthrough Energy Ventures), 로우어카본캐피털(Lowercarbon Capital), 프렐류드벤처스(Prelude Ventures) 등 주요 투자자들로부터 공개되지 않은 액수의 초기 자금을 조달했다고 발표했다. (업계 소식통은 수백만 달러(수십억 원) 규모라고 전했다)

이와 더불어, 그동안 탄소 제거 기술의 실증 프로젝트에 자금을 지원해온 결제처리업체 스트라이프(Stripe)는 이 회사로부터 약 250톤의 탄소 제거분(carbon removal)을 톤당 2,054달러(약 230만원)에 구매할 계획이다.

탄소 제거 및 재사용을 지지하는 연구기업인 카본180(Carbon180)의 사장인 노아 다이크(Noah Deich)는 이 회사가 탄소 제거의 가장 큰 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다고 말한다. 클라임웍스(Climeworks)와 카본엔지니어링(Carbon Engineering)과 같은 직접 항공 포집(direct-air-capture) 업체가 사용하는 기술은 영구적인 결과를 보장하지만 큰 비용이 든다. 반면 토양과 숲을 활용한 상쇄와 같은 자연 기법(natural solution)은 값이 저렴하나 종종 탄소 제거의 안정성이나 지속성에 대한 우려가 제기된다. 만약 에어룸이 계획된 목표 가격을 달성한다면 비교적 저렴한 가격에 영구적으로 탄소를 제거할 수 있다고 다이크는 말한다. (에어룸의 CEO인 섀섕크 사말라(Shashank Samala)는 카본180의 입주기업(entrepreneur-in-residence, EIR) 펠로우십 프로그램에 참여했다)

그러나 이 기술은 초기 단계에 있으며 앞으로 몇 년 동안 스트라이프처럼 탄소 배출에 대한 높은 가격을 지불하고자 하는 구매자를 더 많이 찾아야 하는 문제를 포함해 앞으로 수많은 기술적, 경제적 문제에 직면하게 될 것이다.

새로운 탄소 제거 접근법

이 벤처가 주목받는 데는 관련 분야의 저명한 연구자들이 개발한 기법을 사용한다는 점도 한몫한다. 탄소 포집 및 저장을 위해 광물을 사용하는 이 과정에 대한 설명은 지난해 네이처커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재되었다. 여기에는 컬럼비아 대학의 피터 켈레먼(Peter Kelemen), 브리티시컬럼비아 대학의 그레그 디플(Greg Dipple), 헤리엇-와트 대학(Heriot-Watt University)의 필 렌포스(Phil Renforth) 및 현 바이든 정부의 화석에너지 담당 수석차관보인 제니퍼 윌콕스(Jennifer Wilcox)가 참여했다. 이 논문의 주 저자는 윌콕스의 대학원 지도 학생이자 에어룸의 연구 책임자인 노아 맥퀸(Noah McQueen)이다.

2018년 한 연구에 따르면, 지구 온도의 2℃ 상승을 막기 위해서는 2050년까지 매년 대기에서 100억 톤을, 2100년까지 매년 200억 톤의 이산화탄소를 제거해야 한다고 한다. 하지만 초기 단계에 있는 소수의 스타트업들만이 이를 적극적으로 연구하고 있다. 이들은 대기 중 이산화탄소 분자를 직접 잡아내는 기계를 제작하거나, 유기성폐기물을 석유로 전환하여 지하에 주입하는 방식을 개발하며, 토양에 더 많은 탄소를 가둘 수 있도록 산림녹화나 농업 기술 개선과 같은 자연적 접근에 동기를 부여하거나 검증하는 시스템을 개발한다.

많은 과학자와 비영리 단체는 또한 다양한 광물, 특히 규산염, 칼슘, 마그네슘이 풍부한 광물이 공기나 빗물에서 이산화탄소를 끌어내는 과정을 가속할 가능성에 관해 연구해왔다. 어떤 이들은 감람석과 같은 재료를 갈아서 퍼뜨려 표면적을 넓히려고 하고, 다른 이들은 채광 작업 후 분쇄된 광석을 사용하여 비슷한 시도를 하고 있는데 이들의 연구 대상에는 심지어 석면도 포함되어 있다.

한편 에어룸은 매우 다른 길을 걷고 있다.

원리

에어룸은 대부분의 구성 요소가 탄소와 결합된 칼슘인 석회와 같은 광물을 400~900˚C로 가열하는데, 이 온도는 재료가 분해되어 온실가스가 방출되기 충분할 만큼 높은 온도다. 이 과정은 시멘트를 생산하는 첫 단계와 유사하다. (네이처커뮤니케이션 논문에서 사용되었던 마그네슘 원광석처럼 다른 원료 광물을 사용할 수도 있다.)

이 기술은 궁극적으로 전기로 움직이는 가마를 사용할 계획이다. 이것은 이 과정이 깨끗한 재생 에너지원으로 운영될 수 있으며 화석 연료 불순물로부터 자유로운 이산화탄소의 흐름을 만들어낼 수 있다는 것을 의미한다. 이 이산화탄소들은 이후 비교적 쉽게 흡수, 압축되고 지하에 주입되어 이론상 영구적으로 저장될 수 있다.

잔여 산화질소 광물 (만약 석회석으로부터 이 과정을 시작했을 경우 산화 칼슘일 것이다.)은 얇은 층으로 펼쳐져 수직으로 쌓이고 공기에 노출될 수 있다. 카페테리아 선반에 층층이 쌓여 있는 쟁반을 떠올려보자.

광물은 반응성(reactive)이 매우 높아 공기 중의 이산화탄소와 쉽게 결합한다. 이 회사 연구원들은 추가적인 개선을 통해 대부분의 물질이 불과 2주 안에 온실가스와 결합할 것이라고 생각한다. 보통은 이렇게 되는데 1년 정도 걸린다.

이 스타트업은 구체적인 개선 방안에 대해 언급하지 않지만, 광물을 혼합하여 지속해서 공기 중에 노출하는 자동화 방법 등이 가능할 것이다.

이를 통해 산화칼슘은 다시 석회석의 주성분인 탄산칼슘으로 전환되고, 이후 가열 및 이산화탄소 분리 과정을 다시 시행할 수 있다. 이 회사는 광물이 너무 마모되어 이산화탄소를 충분히 흡수할 수 없게 될 때까지 최소한 10번, 어쩌면 수십 번까지 재활용할 수 있을 것으로 생각한다.

탄소 제거량 규모 키우기

이 모든 것은 스트라이프의 지불 가격에 반영되었듯 현재로서는 매우 비싸다. 스트라이프는 총 6개의 프로젝트에서 탄소 제거 크레딧을 구입하기 위해 약 280만 달러(약 31억원)를 지불하며, 이에 더해 이러한 노력이 특정 이정표까지 다다를 경우 추가로 520만 달러(약 58억원)를 지불할 것이라고 발표했다. 에어룸 이외에도 카본빌트(CarbonBuilt), 러닝타이드(Running Tide), 씨체인지(Seachange), 미션제로(Mission Zero), 퓨처포레스트컴퍼니(Future Forest Company) 등의 회사가 이 프로젝트에 참여하는데, 이들은 숲의 바닥을 따라 현무암을 흩뿌리는 광물 풍화 현장 시험을 계획하고 있다.

에어룸의 사말라는 이러한 초기 고가 구매가 신생 탄소제거회사의 처리 능력 향상과 비용 절감을 돕는 데 매우 중요하다고 말한다.

“기술 시행을 통해 비용을 절감하고, 이를 통해 새로운 시장을 창출하면 비용을 더욱더 낮출 수 있다”고 그는 말한다.

그러나 이러한 비용을 부담하려는 구매자를 더 찾는 것은 모든 탄소제거회사에 중대한 도전이 될 것이다. 특히 구매자가 좀 더 값싼 방식인 숲과 토양을 통해서도 그들의 탄소 배출을 상쇄할 수 있다는 점을 고려하면 더욱더 그렇다. 그러한 방식이 실제로 탄소를 제거할 수 있는지 신뢰하기 어렵다 해도 말이다.

한편 세계는 더 많은 탄소제거연구단체와 스타트업을 지원할 필요가 있다고 스트라이프의 기후책임자인 낸 랜소호프(Nan Ransohoff)는 말한다.

2050년 탄소 제거 목표치를 달성을 위해 “어떠한 시도”라도 하려면 “프로젝트 수를 파격적으로 늘려야 한다”고 랜소호프는 말한다. “10기가톤은 어마어마한 양이다. 엄청나게 큰 수이며 최상의 시나리오를 가정하더라도 오늘날 있는 모든 회사들만으로는 목표에 도달하지 못할 것이다.”

비용 줄이기

에어룸은 탄소 포집 기술의 비용을 줄일 수 있다고 자신한다. 에어룸의 기술에는 다른 방식에서 탄소를 대기로부터 제거하기 위해 사용하는 비싼 가격의 용제나 에너지를 많이 사용하는 환풍기가 포함되어 있지 않다. 또한 그들은 앞서 템포오토메이션(Tempo Automation)을 공동 창업한 사말라의 경험에 기대어, 로봇이나 소프트웨어 등 다양한 형태의 자동화를 적용하여 기술 개발을 촉진하고 비용을 절감하고자 한다. 

에어룸은 전기 기반 열 생산 기술, 재생에너지의 비용 감소, 세계 전력망의 탄소 의존 탈피 등 이미 진행 중인 기술적 진보도 이용할 예정이라고 로우어카본캐피털의 디렉터인 클레아 콜스터(Clea Kolster)가 말한다.

하지만 이 기술의 비용 감소와 대량 처리능력 확보는 결국 이러한 것들이 얼마나 많이, 그리고 얼마나 빠르게 개선되는지에 달렸다.

현재 시점에서 가능한 기술로는 전기로부터 필요한 온도를 만들어내는 것이 화석 연료보다 다섯 배에서 열 배 정도 비싸다고 애디슨 스타크(Addison Stark)는 말한다. 그는 자문회사 클라크스트리트어소시에이트(Clark Street Associates)의 에너지/환경 부분 디렉터이며 최근 줄(Joule)지에 발표된 논문을 공동 집필하였다. 그는 전기 그 자체가 탄소 중립적으로 생산되지 않으면 그 어떤 탄소 제거 기술도 정당성이 약화된다고 덧붙였다.

탄소를 제거하려는 노력의 과학적 완결성을 분석하고 스트라이프의 프로그램에 지원한 프로젝트를 평가하는 데 도움을 주었던 카본플랜(CarbonPlan)의 상임이사인 제레미 프리먼(Jeremy Freeman)은 또 다른 문제를 지적한다. 결국 경제성에 큰 영향을 줄 요소로서 에어룸이 얼마나 빠르게, 또한 얼마나 일관되게 산화물이 이산화탄소와 결합하는 데 걸리는 시간을 줄일 수 있는지가 관건이라는 것이다. 

에어룸 역시 실증 시설을 짓기 위해 훨씬 더 많은 자금을 모아야 한다.

이 회사의 주요 사업 모델은 자발적 상쇄 시스템이나 정부 기반 탄소 프로그램을 통해 탄소 배출권을 기업이나 개인에게 파는 것이 될 것이다. 에어룸은 그들 기술의 비용이 감소하고 공공 정책의 변화로 기업이나 정부들에게 탄소 배출권의 가치가 상승하게 된다면 그들의 제안이 좀 더 매력적으로 보일 것이라고 기대한다.