[취재] 한국형 CCUS, 어디까지 왔나- net zero 시대, 탄소중립으로 가기 위한 CCUS 동향과 미래

[취재] 한국형 CCUS, 어디까지 왔나- net zero 시대, 탄소중립으로 가기 위한 CCUS 동향과 미래

대학생신재생에너지기자단 28기 홍서연

 

국가적 과제로 떠오른 탄소 중립

최근 기후 변화가 전 세계적인 위기로 대두되면서, 탄소중립과 탈탄소는 필수 과제가 됐다. 각국은 산업 구조 전환과 에너지 기술 혁신을 통해 지속가능한 발전 방향을 모색하고 있으며 특히 탄소 배출 감축이 국가적인 과제로 떠오르고 있다.

최근 경주에서 개최된 국가적 논의인 APEC(아시아태평양경제협력체, Asia-Pacific Economic Cooperation) 정상회의에서도 지속가능한 발전에 대한 각국의 노력을 살펴볼 수 있었다. 2025 경주 APEC에서 각국은 ‘지속 가능한 내일’을 핵심 주제로 삼으며 글로벌 탈탄소 움직임에 대한 협력 의지를 분명히 했다. 정상들은 ‘경주 선언문’을 통해 탄소 중립 달성을 위한 기술 공유 플랫폼 구축 등 실질적인 협력 방안에 합의하며 기후 위기 대응을 주요 의제로 격상시켰다. 이는 전 세계적으로 피할 수 없는 과제가 된 넷제로(Net-Zero) 달성을 위해 국제적인 차원으로 노력이 이루어지고 있음을 시사한다.

APEC 논의에서 각국은 파리협정 목표 달성을 위해 탄소 배출 감축 목표를 재확인하고 이를 위한 정책적 협력 및 공동 대응 방안을 논의하며 CCUS 기술을 공유하기도 했다. 이에 따라 철강, 석유화학 등 공정상 이산화탄소 배출이 불가피한 우리나라의 주력 산업 구조를 고려할 때, 배출된 탄소를 효과적으로 포집하고 활용 및 저장하는 CCUS(탄소 포집 및 활용 저장 기술) 기술이 더욱 중요시되었다.

 

탄소포집 및 활용저장기술이란?

탄소포집 및 활용 저장 기술 (CCUS, Carbon Capture, Utilization and Storage system)은 대규모 산업 시설이나 발전소 등에서 배출되는 이산화탄소를 포집한 뒤, 일부는 새로운 자원으로 활용하고 나머지는 지질층이나 해양에 장기적으로 저장하는 기술을 의미한다. CCUS는 탄소를 포집, 활용(CCU, Carbon Capture and Utilization), 저장(CCS, Carbon Capture and Storage) 하는 세 단계로 구분할 수 있다.

먼저, 탄소 포집 기술이다. 탄소 포집은 발전소나 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 대기 중으로 배출하기 전 분리 및 회수하는 기술이다.

[자료 1. 산업분야별 CO2 배출원 및 배출농도, 배출공정]

출처: CCUS 심층투자분석보고서

탄소 포집 기술은 연소 후 포집, 연소 전 포집, 순산소 연소 방식으로 나뉜다. 연소 후 포집은 화석연료 연소 후 발생하는 배기가스에서 이산화탄소를 분리해 포집하는 방식이며, 가장 일반적으로 사용되는 탄소 포집 기술이다. 연소 전 포집은 연료를 산소와 반응시켜 합성가스를 제조하는 공정에서 발생하는 CO₂ 를 포집함으로써 수소를 생산하고, 연소 과정에 수소를 연료로 활용하는 기술이다. 순산소 연소 방식은 연료 연소에 공기 대신 순수한 산소를 이용함으로써 연소배가스의 대부분이 CO₂ 와 수분으로 구성되어 추가적인 CO₂ 포집설비가 불필요한 친환경 기술에 해당한다. 이 세 가지 포집 방법을 통해 포집되어 회수된 이산화탄소는 압력과 온도 조절을 통해 압축되며, 정제 과정을 거쳐 후속 공정인 활용 및 저장 단계를 거친다.

두 번째, 탄소 활용 기술(CCU)이다. 탄소 활용은 포집된 이산화탄소를 유용한 제품이나 자원으로 전환하는 과정이다. IEA에서 정의하고 있는 탄소 활용기술은 직접 활용기술과 전환기술로 구분할 수 있다.

[자료 2. 이산화탄소 전환기술]

출처: GTC BRIEF 3-15호

전환기술은 화학적 생물 화학적, 생물학적, 광물탄산화 과정으로 구분 가능하며, 현재 메탄올, 에탄올, 개미산 등의 화학 원료 생산, 이산화탄소 폴리올, 폴리카보네이트 등 플라스틱 고분자 소재 제작, 시멘트 및 콘크리트 등 건축 자재 생산 등에 이용되고 있다. 비전환 기술은 이산화탄소를 열전달유체, 수확량 증대, 용제의 목적으로 따로 활용하지 않고 사용하는 것을 의미한다. 이산화탄소가 가진 고유한 물성을 그대로 활용하면 되는 기술이라 기술 성숙도가 상대적으로 높다.

세 번째, 탄소 저장 기술(CCS)이다. CCU가 이산화탄소를 유용한 자원으로 활용하는 데 집중한다면, CCS는 이산화탄소를 보이지 않는 곳에 격리하는 데 초점을 둔다.

[자료 3. CCS 저장]

출처: CCUS 심층투자분석보고서

CCS는 포집된 이산화탄소를 장기적으로 안전하게 저장하는 기술이다. 지중 저장과 해양 저장 방식으로 구분되며, 지하의 대염수층이나 고갈된 가스전, 유전 등 지질 구조 내에 이산화탄소를 주입하여 영구적으로 저장하는 방식을 취한다. CCS 기술에는 고갈된 유전이나 가스전, 석탄층 등 이산화탄소를 저장할 수 있는 저장 공간 확보가 중요시되며, 그에 따라 화석연료 생산국이 이산화탄소 저장 공간 확보에 유리하다는 특징이 있다.

 

한국의 CCUS 발전 현황

한국에너지기술연구원의 ‘CCUS 심층 투자 분석 보고서’에 따르면 한국은 탄소 중립 달성을 위해 CCU 기술을 핵심 전략 수단으로 인식하고 있으나 선도국 대비 기술 성숙도와 상용화 수준에서 격차를 보이고 있는 실정이다.

[자료 4. CO2 분야 기술수준분석 결과]

출처: CCUS 심층투자분석보고서

국내 CCUS 기술 수준은 최고 기술 보유국 대비 약 81.5% 수준이며 기술 격차는 3.4년 정도이다. 이 중 이산화탄소 포집 기술은 84.6%로 비교적 높은 수준에 도달했지만, 저장 기술은 75%로 다소 뒤처진 것으로 나타났다. 한국은 2050년 목표 온실가스 배출 감축량에 대한 CCUS 기술의 기여도를 11.7%~13.1% 수준으로 제시한 만큼, CCUS 기술의 실효적 적용 확대가 시급하다는 분석이 나온다.

 

한국의 CCUS 현황에 대한 건국대학교 화학공학부 박기태 교수의 자문

한국의 CCUS 발전 현황과 문제점에 대한 내용을 더 정확하게 파악하고자, 건국대학교 청정에너지 소재 및 공정 연구실에서 전기화학적 CO2 전환 CCU 기술을 연구하는 건국대학교 화학공학부 박기태 교수를 취재했다.

[자료 5. 청정에너지 소재 및 공정 연구실 로고]

출처: 청정에너지 소재 및 공정 연구실 홈페이지

Q1. 현재 한국은 CCUS 중 CCU 중심으로 기술이 발전하고 CCS는 상대적으로 더디다고 알고 있는데, 한국에서 CCS까지 안정적으로 가능하게 될 수 있을지, 그러려면 어떤 부분이 추가적으로 개선되어야 하는지?

A1. 한국은 저장소 부족과 시추 경험 부족으로 CCS가 더디다. 안정적인 실현을 위해선 대규모 저장소 탐사·확보, 주입·모니터링 기술 고도화, 산업단지와 저장소를 잇는 파이프라인·터미널 구축이 필요하다. 또한 해외 저장소 활용 시 국제협약 체결과 비용 정산 체계, 정부 차원의 인프라·정책 지원이 필수적이다.

Q2. 재생에너지나 수소에너지 등 다른 새로운 에너지 자원의 발전과 별개로 탄소중립 시대에 CCUS가 꼭 필수적인 이유는 무엇일지?

A2. 재생·수소에너지로는 철강·석유화학 등 불가피한 배출을 완전히 없앨 수 없다. CCUS는 이런 산업에서 나오는 CO₂를 대규모로 처리할 수 있는 유일한 후처리 기술로, 2050 탄소중립 기여분의 15~20%, 중공업 부문은 30% 이상을 담당한다. 특히 저장(CCS)은 전체 감축 효과의 90% 이상을 차지할 핵심 수단이다.

Q3. 미국이나 노르웨이 같은 해외 국가는 한국보다 훨씬 일찍 CCUS 사업을 시작하여 기술도 많고 발전도 많이 된 것으로 알고 있는데 현재 한국의 CCUS 기술 수준은 해외 국가에 비해 어느 정도까지 발전되었다고 보시는지?

A3. 한국의 포집 기술은 미국의 85% 수준(2~3년 격차), 활용 기술은 80~85%, 저장 기술은 70~75%(약 5년 격차)로 평가된다. 포항 지진 이후 저장소 탐사가 중단돼 실증 경험이 부족한 것이 한계지만, 지질 연구 기반은 갖춰져 있어 저장소만 확보된다면 빠른 기술 발전이 가능하다. 활용 기술은 TRL 4~6단계로 상용화 전 단계다.

Q4. CCUS가 아직까지는 모든 산업 부분에 상용화되지 못한 걸로 알고 있는데 가장 큰 장벽(한계점)은 무엇일지?

A4. 가장 큰 장벽은 경제성이다. 기업은 CCUS보다 재생에너지나 효율 개선이 투자 대비 이익이 크다고 판단한다. 탄소배출권 가격이 낮아 비용 역전점(투자 이익이 손해보다 커지는 시점)이 오지 않았기 때문이다. 또한 저장소·운송 인프라 부족, 정부 인센티브 미흡 등이 상용화 속도를 늦추는 요인이다.

 

미래의 한국 CCUS 발전방향 제안

한국은 현재로서는 글로벌적인 수준에서 완전히 CCUS를 선도하는 국가가 아닌 만큼, 향후 법·정책적 기반 강화와 기술 실증 확대를 통해 CCUS의 실질적 산업화 적용 단계로 나아가야 한다고 본다. 현재 CCUS는 2024년부터 시행된 ‘CCUS 통합법’을 중심으로 인센티브 제도와 세부 지침이 마련되고 있으며, 2030~2035년에는 경제성과 기술 발전이 맞물려 본격적으로 산업에도 도입될 전망이다. 대규모 저장소 탐사 및 해외 저장소 협력, 수송·주입 인프라 구축, R&D 인력 양성도 핵심 과제다.

특히 재생전력과 연계한 전기화학적 CO₂ 활용 연구가 강화되어야 하며, 산업단지 단위의 CCUS 시스템 구축이 필요할 것으로 본다. 대한민국이 탄소중립 국가로 도약하기 위해 CCUS가 핵심 축으로 자리 잡기를 기대한다.

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2. "[취재] 청정수소 시장의 보이지 않는 장벽, '인증기준' 통일이 관건이다", 23기 김경훈, 28기 정성엽, https://iksung.tistory.com/156

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참고문헌

[국가적 과제로 떠오른 탄소 중립]

1) 경주 APEC 정상회의, 인류가 모은 10년의 답, 이동훈, 생생투데이, 2025.09.11, https://www.sstoday.co.kr/news/879204

2) APEC 2025 홈페이지, https://apec2025.kr/?menuno=1 

[탄소포집 및 활용저장기술이란?]

1) 국가녹색기술연구소, GTC BRIEF 3-15호_국내 CCU 최신 기술개발 동향과 미래 전망, 2022, https://nigt.re.kr/gtck/gtcPublication.do?mode=view&articleNo=3065

2) 한국에너지정보문화재단, https://www.e-policy.or.kr/web/lay1/bbs/S1T10C46/B/10/view.do?article_seq=109

3) 희성촉매주식회사, "CCUS, 탄소중립과 순환경제를 잇는 핵심 기술", 2025.08.28,  https://www.hscatalysts.com/blog/250828-ccus-8-3/

[한국의 CCUS 발전 현황에 대하여]

1) KIER Techpolicy Platform, https://www.kier.re.kr/UploadFiles/tpp/energy/16366126893490.pdf