What it will take to achieve affordable carbon removal

저비용 이산화탄소 포집 기술을 찾아서

또 다른 대형 직접공기포집시설의 건설이 순조롭게 진행되고 있다. 하지만 새로운 연구에 따르면, 더 많은 시설을 건설해야 경쟁력이 갖춰지기 시작한다.

두 곳의 기업이 함께 연간 백만 톤의 이산화탄소를 포집해 북해 해저 깊숙이 묻을 수 있는 유럽 최대의 직접공기포집시설(direct-air-capture plant)을 설계하기 시작했다.

포집한 이산화탄소는 탄소 배출권으로 판매할 예정이다. 이는 일군의 국가와 기업들이 직간접적으로 대기 중의 이산화탄소를 제거하기 위해 나무나 기계, 또는 기타 수단의 사용에 크게 의존해 온실가스 순배출제로(net-zero emissions) 계획을 수립하고 있는 실정에서, 탄소 제거에 대한 수요 증가를 반영한다.

기후 연구자들은 21세기 중반까지 매년 수십억 톤의 이산화탄소를 제거해야, 그때까지도 적정 비용으로 처리하기 어려울 항공 및 농업 부문으로부터의 ‘잔존배출량(residual emissions)’을 해결할 수 있을 것(이고 그럼으로써 극도로 위험한 수준의 온난화로부터 기후를 되돌려놓을 수 있을 것)이라고 말한다.

그러나 매우 중요하면서도 아직 해답이 나오지 않은 질문은, 직접공기포집 비용이 얼마나 들 것인지와 이 비용을 기업과 국가들이 감당할 수 있다고 결정할지의 여부다.

두 회사, 카본엔지니어링(Carbon Engineering)과 스토레가지오테크놀로지(Storegga Geotechnologies)가 계획 중인 이 시설은, 풍부한 재생가능에너지를 이용할 수 있고 포집한 이산화탄소를 인근 연안으로 이동시킬 수 있도록 하기 위해 스코틀랜드 북동부에 건설할 가능성이 크다고 두 회사는 밝혔다. 이 시설은 2026년에 가동될 것으로 예상된다.

캐나다 브리티시컬럼비아주에 본사를 둔 카본엔지니어링의 최고경영자 스티브 올드햄(Steve Oldham)은 “모든 배출원을 다 막을 수는 없다”고 말한다. “이는 너무 어렵고, 비용이 많이 들며, 막대한 지장이 생기는 일이다. 바로 이 지점에서 탄소 제거가 필요해진다. 탄소 제거가 필수적일 것이라는 인식이 점점 더 높아지는 추세를 우리는 목격하고 있다”고 그는 덧붙인다.

톤당 100달러 달성

올드햄은 두 기업이 탄소 제거 요금으로 얼마를 청구할 계획인지 밝히기를 거부하면서, 두 기업이 이 유럽 시설로 달성할 톤당 비용을 아직 알지 못한다고 말한다.

그러나 그는 자사가, 2018년 과학저널 줄(Joule)에 게재된 논문에서 분석한 직접공기포집의 목표원가(target cost) 수준에 도달할 것이라고 자신한다. 이 논문은 카본엔지니어링 설립자이자 하버드대학 교수인 데이비드 키스(David Keith)가 이끌었다. 논문에서는 이 기술이 상업적 규모에 도달하면, 탄소 제거 비용이 톤당 94달러에서 232달러 사이가 될 것으로 추산했다.

카본엔지니어링 CEO 스티브 올드햄, 카본엔지니어링 제공

하비브 아자라바디(Habib Azarabadi)와 직접공기포집 분야 개척자인 클라우스 라크너(Klaus Lackner)가 발표한 거의 주목 받지 못한 5월 논문에 따르면(두 사람 모두 애리조나주립대 탄소역배출연구센터(Center for Negative Carbon Emissions) 소속이다), 미국의 대형 고객은 일반적으로 상업적 목적으로 사용하는 이산화탄소에 대해 65달러~110달러를 지불하기 때문에 톤당 100달러에 도달하는 것이 본질적으로 경제성의 핵심이다. (이 100달러에는 별도지만 상당히 저렴한 편인 탄소 격리 비용이 포함되어 있지 않다.)

그 시점에 직접공기포집은 여전히 제거하기 너무 어렵거나 비용이 너무 많이 들 배출량의 10~20%를 처리하는 상당히 비용 효율이 높은 방법이 될 수 있으며, 심지어 발전소와 공장에서 이산화탄소가 공기 중으로 나가기 전에 잡아내는 비용과 경쟁할 수도 있다고 저자들은 말한다.

그러나 현실에 가장 근접한 짐작은 직접공기포집 분야가 현재 이런 수준에 전혀 미치지 못한다는 것이다. 2019년, 스위스의 직접공기포집 기업 클라임웍스(Climeworks)는 이 비용이 톤당 약 500~600달러에 달한다고 말했다.

이 100달러 수준에 도달하려면 굉장히 많은 시설을 지어야 할 것이라는 사실을 아자라바디와 라크너는 발견했다.

특히, 이 연구는 직접공기포집 산업이 톤당 100달러의 비용을 달성하기 위해서는 300배 남짓 성장해야 할 것으로 추정한다. 이는 성공적인 기술의 ‘학습률(learning rates)’, 즉 제조능력이 증가함에 따라 비용이 얼마나 빠르게 감소했는지를 기반으로 한다. 직접공기포집 기술이 이 지점까지 도달하려면 상업용 이산화탄소의 실제원가와 시장가격 간의 차이를 충당하기 위해 총 5천만 달러에서 20억 달러 규모의 미 연방정부 보조금이 필요할 수 있다.

라크너는 핵심적인 질문은 이들의 연구가 태양광과 같은 성공적인 기술의 올바른 학습곡선(learning curves)을 적용했는지 (태양광기술은 규모가 1,000배 증가하면서 발전단가가 약 10분의 1로 감소했다), 아니면 직접공기포집 기술은 제조능력이 증가해도 비용을 신속하게 절감하지 못하는 드문 범주에 속하는지의 여부라고 말한다.

그는 이메일에서 “몇 억 달러 규모의 바이다운(buydown) 비용*을 투자해봐야 이것이 좋은 추정인지 아닌지를 알 수 있다”라고 말했다.

*신기술이 상용기술에 도달하는 데 필요한 투자비 또는 보조금.

드림캐처(Dreamcatcher)

영국은 2050년까지 탄소 배출량을 ‘제로’로 만들겠다는 계획을 세웠다. 이 목표를 달성하려면 여전히 오염물질을 만들어낼 가능성이 있는 배출원의 탄소 배출량을 상쇄하기 위해 수백만 톤의 이산화탄소를 제거해야 할 것이다. 영국 정부는 이러한 목표 달성에 도움이 될 만한 다양한 기술적 접근방법을 개발하기 위해 수백만 달러를 지원하기 시작했고, 드림캐처 프로젝트(Project Dreamcatcher)라고 불리는 카본엔지니어링과 스토레가의 활동에도 35만달러를 지원했다.

이 시설은, 스코틀랜드 기반의 스토레가 자회사 페일블루닷에너지(Pale Blue Dot Energy)가 개발한 이른바 에이콘 프로젝트(Acorn project) 인근에 위치할 것으로 보인다. 이 프로젝트는 북해에서 추출한 천연가스에서 수소를 생산하는 한편, 이 공정에서 배출되는 이산화탄소를 포집한다는 계획이다. 이 계획은 또한 스코틀랜드 북동쪽 끝에 위치한 기존의 석유 및 가스 기반시설을 이산화탄소 수송에 맞도록 용도를 변경할 것이며, 이 이산화탄소는 북해 바다 밑 땅속에 주입할 예정이다.

이 직접공기포집시설도 이산화탄소 저장을 위해 동일한 인프라를 활용할 수 있을 것이라고 올드햄은 말한다.

두 회사는 당초 연간 50만 톤을 포집할 수 있는 시설을 건설할 것으로 예상하지만, 시장 수요를 감안할 때 결국 이 규모는 두 배로 늘 수 있을 것이다. 심지어 이 최소 목표도 (이 시설이 아니었다면 유럽 최대 시설이 되었을) 현재 아이슬란드에 건설 중인 클라임웍스의 오르카(Orca) 시설을 훨씬 능가할 것이다. (오르카 시설은 연간 4,000톤을 제거할 예정이다.) 불과 몇 안 되는 소규모 시설들이 전 세계적으로 건설되었다.

이 스코틀랜드 시설의 예상 감축량은 기본적으로, 텍사스주에 계획 중인 카본엔지니어링의 다른 대형시설과 동일하다. 이 텍사스 시설 역시 연간 50만 톤 감축 시설로 시작할 예정이며, 백만 톤에 이르는 잠재력도 가지게 될 것이다. 이 시설은 내년 초에 착공하여 2024년에 가동을 시작할 것으로 예상된다.

그러나 이 텍사스 시설에서 포집한 이산화탄소의 대부분은 석유회수증진법(enhanced oil recovery)이라는 기술에 사용될 예정이다. 즉, 이 이산화탄소는 텍사스주 퍼미언분지 석유정에서 시추 후 남아 있는 석유를 끌어올리기 위해 지하에 주입될 것이다. 주의 깊게 실행된다면 이 공정을 통해 잠재적으로 ‘탄소 중립적’ 연료를 생산할 수 있을 것이다. 그리고 이는 최소한 대기 중으로, 제거됐던 것보다 더 많은 오염물질을 배출하지는 않을 것이다.

올드햄은 더 많은 시설을 건설하는 것이 비용 절감의 열쇠가 될 것이라는 데 동의하면서, 카본엔지니어링 역시 첫 번째 시설의 비용보다 두 번째 시설의 비용이 크게 절감될 것이라고 언급한다. 이 곡선이 얼마나 급격히 감소하느냐는 각국 정부가, 탄소 제거에 대한 수요를 더 많이 창출하는 탄소가격제나 기타 기후정책을 얼마나 빨리 채택하느냐에 달려 있을 것이라고 그는 덧붙인다. 이런 정책은 기본적으로 항공, 시멘트, 철강과 같이 탄소감축이 어려운 분야에서 자신들이 배출한 오염물질을 정화하기 위해 누군가에게 강제적으로 비용을 지불하도록 할 것이다. 

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