미국, 중국, 일본 등 국제사회가 지구 온난화를 막기 위해 탄소제로 등 그린뉴딜을 앞세워 ESG(환경·사회·지배구조)를 확대하고 있습니다. 특히 기후변화 대응을 위해 온실가스 배출량은 줄이고 흡수량을 늘려 탄소배출량을 제로화하는 탄소중립이 지구촌의 화두입니다. 우리나라 역시 2050년까지 탄소중립을 목표로 나아가겠다고 선언한 바 있습니다.
‘탄소중립’이란 개인, 회사, 단체 등에서 배출한 이산화탄소(CO₂)를 다시 흡수해 실질적인 배출량을 ‘0’으로 만드는 것을 말합니다. 2016년 발효된 파리협정에 따라 전 세계가 온실가스 감축에 앞장서고 있습니다. 여기에 4차 산업혁명 기술들이 탄소를 줄이는 혁신을 일으키고 있습니다. 인류는 과연 ‘탄소 제로시대’를 열 수 있을까요?
이산화탄소 왜 줄여야 하는가?
인류는 석유와 석탄을 에너지원으로 사용해 전기를 만들고 공장을 가동시켜 산업화 시대의 번영을 이끌었습니다. 하지만 화석연료는 수많은 이산화탄소를 배출시켜 지구의 온도를 지난 100년 동안 0.4~0.8도나 올려놓았는데요. 뜨거워진 지구는 폭염과 한파, 쓰나미, 바이러스 등 기후위기를 불러왔고, 급기야 지구에서 인간이 살 수 없게 될 것이라는 우려를 낳게 됐습니다.
이에 지구촌은 탄소를 줄이는 규제를 시작했습니다. 2035년 전후로 휘발유 자동차 생산과 판매가 중단되고 화력발전소가 전면 폐쇄됩니다. 탄소를 다량 배출하는 발전·철강·정유·화학 산업은 저탄소 배출산업으로 전환해야 합니다. 일반 국민은 당장 전기차, 수소차로 차량을 바꿔야 합니다. 태양광과 풍력, 수소 등 재생에너지로 에너지의 패러다임을 바꿔야 합니다.
이산화탄소 포집ㆍ재활용(CCU) 기술이 온다
배출되는 이산화탄소는 어떻게 줄일 수 있을까요. 대안으로 이산화탄소를 포집해 쓰레기와 같이 지하에 매립하는 이산화탄소 포집 및 저장(CCS, Carbon Capture and Storage)이 떠올랐습니다. 그런데 어디에 저장할 것인가가 쟁점으로 떠오르면서 탄소를 ‘저장’이 아닌 ‘재활용’의 관점에서 바라보게 됐습니다. 이산화탄소 포집 및 재활용(Carbon Capture and Utilization), 즉 CCU 기술이 새로운 희망이 되고 있습니다. 탄소를 물리화학적으로 변환시켜 대체연료로 바꿔보자는 것입니다.
탄소가 화학제품의 원료가 되다
이산화탄소를 화학제품의 원료화하는 기술이 개발되고 있습니다. 현재 대부분의 화학 제품들은 석유를 원료로 사용하고 있지만, 탄소를 원료로 사용할 경우 탄소 배출을 크게 줄일 수 있습니다.
2차 전지와 연료전지용 전해질 물질, 단열재용 폴리우레탄의 전구체로 사용될 수 있습니다. LCD 제조 공정에서는 세척제나 엔지니어링 플라스틱인 폴리카보네이트의 원료로 이용될 수 있습니다. 이산화탄소를 정제해 산업·식품용 액화 탄산, 드라이아이스를 생산합니다. 페트병을 잘게 쪼개 녹인 뒤 폴리에스터 실(원사)로 만들면 수영복이나 스타킹과 같은 신축성 있는 옷, 운동화, 가방을 생산할 수 있습니다. 탄소도 줄이고 부가가치도 창출할 수 있어 일거양득입니다.
탄소를 재생ㆍ바이오 연료로 바꾼다
국제에너지기구(IEA)에 따르면 2050년까지 디젤, 등유 및 제트 연료 등 수송 연료의 27%를 바이오 연료로 대체하면 매년 약 2.1기가톤(Gt)의 이산화탄소 배출을 억제할 수 있다고 합니다. 유럽과 일본, 미국에서는 신재생에너지로 수소를 만들고 이산화탄소와 합성해 ‘이퓨얼(E-Fuel), 즉 청정합성연료(혹은 탄소중립연료)를 만들어내고 있는데요. 지멘스에너지, 아우디, 토요타, 닛산, 혼다는 물을 전기 분해한 H2와 Co2를 촉매 반응으로 합성해 액체 탄화수소 연료를 만들고 있습니다. 상용화에 성공하면 미세먼지를 방출하지 않는 무공해 차량을 만들 수 있습니다.
한국화학연구원은 이산화탄소를 메탄올로 전환하는 기술을 개발했습니다. 이 기술을 활용하면 탄소를 바이오 연료로 전환할 수 있습니다.
탄소, 건축자재로 바꾼다
탄소가 새로운 신소재로 탈바꿈하고 있습니다. 이른바 탄소는 92% 함유된 탄소섬유로 철보다 가볍지만, 더 튼튼한 성질을 가지고 있습니다. 게다가 내부식성, 전도성, 내열성이 높습니다. 이러한 특성을 활용해 자동차, 건축, 항공기 등 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 일본은 1970년대부터 탄소섬유 개발에 도전해 전 세계 시장의 60%를 장악하고 있습니다.
KIST(한국과학기술연구원)은 식물 유래물질을 이용해 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 개발했는데요. 불에 잘 타지 않고 독성도 없어 건축자재로 매우 유용합니다. 그리고 미국의 칼레라(Calera), 중국 CNBM, 인도 세라테크(CeraTech) 등이 이산화탄소를 혼합해 온실가스가 없는 ‘그린 시멘트’를 개발했습니다.
탄소 제로시대를 열기 위한 인간의 도전이 시작됐습니다. 기술의 진화가 기후변화를 막을 수 있을지 주목됩니다.
글 ㅣ 최은수 ㅣ 미래 경영전략학 박사
