"탄소의 자원화"… 정유-석화업계, CCU 상용화 '가속도'

정유·화학업계에 이산화탄소 포집·활용(CCU) 기술의 실증 및 상용화를 위한 기술 확보에 속도를 내고 있다. 환경의 중요성이 두드러지면서 배출되는 온실가스를 감축시키는 동시에 이를 재활용하는 기술개발에 초점을 맞춘 것이다.

정부 차원의 움직임도 가속화되고 있다. 산업계를 비롯해 학계-연구기관도 국가 온실가스 감축 목표(NDC) 달성 및 탄소 중립 사회로의 전환에 동참한다.

3일 업계에 따르면 CCU 기술은 산업시설, 발전소 등 온실가스 배출원에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 자원화하거나 유용한 물질로 전환해 활용하는 기술이다.

이를 통해 온실가스 감축과 동시에 생활에 사용하거나 산업에 활용할 수 있는 제품들을 생산할 수 있다는 점에서 탄소 중립 실현에 필요한 핵심기술로 주목받고 있다.

국내 석유화학업계에서는 롯데케미칼이 적극 나섰다. 롯데케미칼은 3월 여수 1공장에 CCU 설비를 설치하고 탄소를 폴리카보네이트(PC) 제품의 생산원료로 사용하거나 드라이아이스, 반도체 세정액 원료 등으로 만들어 인근 중소 화학사에 판매할 계획이다.

롯데케미칼이 CCU 설비는 NCC(나프타분해설비) 공장 굴뚝에 배관을 연결해 원료 생산 중에 나오는 배가스를 수집하고 먼지, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 수분 등을 없애고 이산화탄소를 포집하는 것이 골자다.

현대오일뱅크의 경우 석유 정제 과정에서 나오는 이산화탄소와 부산물을 탄산칼슘을 제조하는 데서 나아가 이산화탄소를 메탄올로 전환하는 기술을 한국화학연구원과 개발했다.

하반기부터 연간 생산량 60만t 규모의 탄산칼슘 공장을 운영할 예정이며 메탄올 제조사업 역시 상용화를 추진하겠다는 목표다. 메탄올 상용화 사업의 경우 메탄과 이산화탄소를 동시에 전환할 수 있어 바이오가스를 원료로 할 경우 온실가스 감축 효과가 크다.

에쓰오일은 이산화탄소 배출 저감을 위해 산업용 가스 제조업체인 동광화학에 부생가스를 판매한다.

에쓰오일은 수소제조공정에서 발생하는 다량의 이산화탄소가 포함된 부생가스를 공급하고, 동광화학은 CCU로 부생가스에서 이산화탄소를 정제해 산업·식품용 액화 탄산, 드라이아이스를 생산한다.

현재 연간 10만t 규모의 액화 탄산을 협력 생산하고 있는 동광화학은 생산설비를 증설해 2022년 말부터 생산량을 두 배로 늘릴 예정이다. 연간 10만t의 온실가스 배출 감소 효과를 볼 수 있을 것으로 예상된다.

뿐만 아니라 산업통상자원부가 SK이노베이션, 두산중공업, 한국조선해양, GS칼텍스, 에쓰오일 등 기업과 한국전력공사를 포함한 에너지 공기업, 연구기관·대학 등과 함께 민관 합동 'K-CCUS 추진단'을 지난달 발족해 이산화탄소를 처리하는 CCUS 개발에 착수했다.

추진단은 먼저 기개발된 기술에 대한 실증 투자를 확대해 2025년까지 포집·저장·활용 분야별 상용화 가능 기술 확보를 추진한다. 포집기술을 주요 산업별 중규모 테스트베드를 구축하는 단계적 실증사업을 통해 2024년까지 주요 업종별 상용 규모 포집 기술을 확보한다는 목표다.

활용기술은 조기 실증·상용화 기술을 선정, R&D 집중 투자를 통해 CCU 기술이 조기 상용화될 수 있도록 지원을 강화한다. CCU 기술은 상용 공정의 2% 규모의 실증단계에 진입한 상태로, 2024년까지 상용 규모 플랜트를 개발할 계획이다.

이밖에 연내 관계부처 공동으로 'CCUS 산업 육성 및 안전관리에 관한 법률(가칭)' 제정 작업에도 착수해 CCUS 확산의 제도적 기반 마련에도 나선다.

이호현 산업부 에너지혁신정책관은 "CCUS 산업을 글로벌 경쟁력을 갖춘 기후대응 신산업으로 육성하기 위해서는 민관 협업이 필수"라며 "정부도 민간수요를 바탕으로 기술개발, 상용화 및 신산업 창출 지원에 최선을 다하겠다"고 말했다.

이처럼 업계에서 도전적으로 CCU 설비를 도입하는 것은 최근 급변하고 있는 환경 문제 때문이다.

정유산업은 2019년 기준 연간 탄소 배출량이 약 3200만t으로, 전체 산업 배출량의 6%가량을 차지한다. 철강, 석유화학, 시멘트에 이어 네 번째로 많다.

국내 정유업계는 원료 생산과정에서 나오는 이산화탄소 처리를 위해 신재생에너지 사용 비중을 늘리고 추가로 탄소배출권을 구매하고 있다. 업체들이 탄소배출권을 구매하는 비용도 연간 최대 수백억원에 이르며 앞으로도 지속적으로 증가할 것으로 보인다.

업계의 새로운 트렌드로 부상한 ESG경영도 한몫하고 있다. 정유업체들은 환경오염의 주범이라는 낙인을 벗어나고자 생산 현장에서도 친환경 공정을 적극 개발하거나 도입하고 있는 상황이다.

정동채 대한석유협회 협회장은 "화석연료에 기반을 둔 산업 특성상 탄소 중립은 당장 달성하기 힘든 목표임에도 지속가능하고 탄소 중립에 기여할 수 있는 다양한 방안을 세우고 노력하겠다"며 "업계의 탄소 중립 기술개발 및 시설 투자에 대해 정부가 적극 지원해달라"고 밝혔다.

한편, 정유업계는 'e-fuel'을 주목하고 있다. e-feul은 전기분해로 얻어진 수소에 이산화탄소, 질소 등을 합성해 생산한 친환경 원료다. 이를 활용하면 기존 내연기관을 사용하면서도 탄소 중립에 기여할 수 있어 수송·산업 분야에서 탄소 중립을 실현할 새로운 수단으로 주목받는다.

뿐만 아니라 전기자동차나 수소자동차의 경우 자동차 제조기술이 크게 바뀌고, 충전 인프라 구축에도 적지 않은 비용이 소비되는 반면, e-fuel은 내연기관을 그대로 사용해 기존의 자동차 제조 산업과 인력 등을 계속 유지할 수 있다는 장점이 있다.

때문에 독일의 아우디는 2017년부터 e-fuel 연구시설을 운영 중이며 포르쉐는 2022년 e-fuel 상용 생산을 목표로 공장을 짓고 있다. 일본의 도요타, 닛산, 혼다도 연구를 진행하는 등 글로벌 내연차 메이커들이 큰 관심을 보이고 있다.

유럽과 일본의 경우 소송의 탄소 중립화에 기여할 미래형 모델인 e-fuel 가격이 2050년에 현재 액체연료 수준이 되도록 하는 것을 목표로 하고 있다.

이와 관련, 산업부는 수송용 탄소 중립 연료(e-fuel) 연구회를 발족했다. 현대자동차, SK에너지, 현대오일뱅크, GS칼텍스, 에쓰오일 등 업계와 카이스트·서울대 등 학계, 산업연구원, 에너지경제연구원 등 연구계도 참가했다.

연구회는 향후 월 1회 정례 활동을 통해 e-fuel 적용 필요성을 검토하고 중장기 기술 로드맵을 도출할 계획이다. 또 결과물을 활용, 제5차 친환경 자동차 기본계획에서 제시한 '이산화탄소 재활용 프로젝트' 추진에도 박차를 가할 방침이다.

배충식 카이스트 교수는 "탄소 중립 연료인 e-fuel을 개발하게 되면 기술적으로 다양한 적용을 할 수 있을뿐더러 에너지 기술을 다각적으로 확보해 에너지 안보에도 도움이 된다"며 "탄소 중립 연료는 기술개발 성공 여부에 따라 그 적용 시기와 산업경쟁력이 정해지는 만큼 장기적 개발 정책을 수립해 탄소 중립에 이바지하도록 해야 할 것"이라고 말했다.