대기 중 이산화탄소를 줄이는 "DAC"에 대해서 알아보자

 지구 온난화로 점점 더 지구는 따뜻해지고 있는 요즘입니다. 최근 기사에 따르면 올해 대한민국의 여름은 4월부터 시작할 수 있다고 이야기가 나올 정도로 현재 지구의 온난화는 가속화되고 있습니다. 다들 잘 알고 있듯이 지구온난화의 주요 원인은 대기 중에 이산화탄소 농도의 증가가 가장 큰 원인입니다. 이러한 대기 중 이산화탄소 농도 증가를 막기 위한 노력의 일환으로, 최근 대한민국 연구진이 이산화탄소 직접 공기포집(DAC, Direct Air Capture) 기술의 핵심인 새로운 건식흡수제 개발에 성공했다는 소식이 전해졌습니다. 이 기술은 100℃ 이상의 고온에서도 안정적으로 작동하며, 기존 액체 흡수제 대비 에너지 소모가 적고 재생 과정이 간편하다는 장점이 있습니다. 이러한 연구 성과는 기후변화 대응을 위한 혁신적인 기술 발전의 가능성을 보여주며, DAC 기술에 대한 관심을 한층 높이고 있습니다.

그렇다면 DAC 기술이란 정확히 무엇일까요? DAC는 대기 중의 이산화탄소를 직접 포집하여 제거하는 기술로, 쉽게 말해 거대한 공기청정기가 지구 전체의 공기를 정화하는 것과 비슷한 개념입니다. 이 기술은 넷제로(Net Zero) 목표를 달성하기 위한 핵심적인 기술 중 하나로 평가받고 있습니다.

 

2023년에 작성한 이산화탄소 농도 증가에 대한 글을 공유합니다. 왜 이산화탄소를 줄여야 하는지에 대한 내용 이해를 위해 해당 글이 도움이 되길 바랍니다.

https://alicemoza.tistory.com/270

이산화탄소 농도의 멈추지 않는 상승

DAC 기술의 원리와 방식

DAC 기술은 크게 두 가지 방식으로 나뉩니다.

1. 필터 흡착 방식
   특수한 다공성(구멍이 많은) 흡착제를 사용하여 공기 중의 이산화탄소를 선택적으로 포집하는 방법입니다. 대기가 흡착제를 통과할 때 이산화탄소가 필터에 달라붙으며, 이후 가열(100~900℃) 또는 압력 변화를 통해 이산화탄소를 분리해 냅니다. 제올라이트(Zeolite), 금속유기구조체(MOF) 등의 신소재가 사용됩니다.
2. 화학 흡수 방식
   대형 팬을 이용해 공기를 빨아들인 후, 수산화칼륨(KOH) 용액과 같은 특정 화학 용액을 사용하여 이산화탄소와 반응시키는 방식입니다. 이 과정에서 이산화탄소는 탄산염(CO₃²⁻) 형태로 변환되며, 이후 높은 온도에서 다시 순수한 이산화탄소 기체로 분리됩니다. 대량의 공기를 빠르게 처리할 수 있지만, 흡수제 재생 과정에서 많은 에너지가 필요하다는 단점이 있습니다.

DAC 동작, By StevenGandhi - Own work, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=148692179

전 세계 DAC 기술 개발 현황

 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 2023년 기준 전 세계에서 18개의 DAC 시설이 가동 중이며, 캐나다, 유럽, 미국 등에서 활발히 연구가 진행되고 있습니다.

기업	국가	연간 포집량
클라임웍스(Climeworks)	스위스	4,000톤 (오르카) → 36,000톤 (매머드)
카본 엔지니어링(Carbon Engineering)	캐나다	100만 톤 목표
글로벌서모스택(Global Thermostat)	미국	연구 단계

특히 스위스의 클라임웍스는 아이슬란드에서 지열 에너지를 활용한 DAC 시설을 운영하며, 최근 8500억 원 규모의 투자를 유치해 연구개발을 가속화하고 있습니다.

Climeworks DAC, 이미지 출처 : climeworks.com

DAC 기술의 한계와 과제

DAC 기술은 유망하지만, 몇 가지 극복해야 할 과제가 있습니다.

1. 높은 비용
   현재 DAC 기술을 이용해 1톤의 이산화탄소를 포집하는 데 약 600달러(약 78만 원)가 소요됩니다. 이는 다른 탄소 감축 방식(예: 재생에너지 활용, 산림 조성)에 비해 비용이 매우 높은 수준입니다.
2. 에너지 소비 문제
   IEA에 따르면 DAC 기술로 1톤의 이산화탄소를 포집하는 데 1,500~2,000kWh의 에너지가 필요합니다. 이는 일반 가정에서 약 2~3개월 동안 사용하는 전기량과 맞먹습니다. 재생에너지와 결합하지 않는다면, DAC 시설 자체가 새로운 탄소 배출원이 될 위험도 존재합니다.
3. 기업들의 '면죄부'로 작용할 가능성
   일부 환경 단체들은 DAC 기술이 화석연료 기업들에게 면죄부를 제공할 수 있다고 우려합니다. 즉, "나중에 DAC로 포집하면 된다"는 인식이 확산되면, 기업들이 탄소 배출 저감 노력을 게을리할 수 있다는 것입니다.
4. 실질적인 탄소 감축 효과 논란
   DAC로 포집한 이산화탄소를 영구적으로 저장하지 않고, 합성연료 제조 등에 활용하면 결국 다시 대기 중으로 방출될 가능성이 있습니다. 따라서 DAC의 효과를 극대화하려면 이산화탄소를 안전하게 격리하는 방안도 함께 마련되어야 합니다.
5. 국가별 에너지 믹스와의 관계
   DAC 시설이 대량의 에너지를 소비한다는 점에서, 국가별 에너지 믹스에 따라 실질적인 탄소 감축 효과가 크게 달라질 수 있습니다. 석탄 발전 비중이 높은 국가에서는 DAC 운영 과정에서 오히려 더 많은 이산화탄소가 배출될 수 있어, 이산화탄소 포집량보다 발생량이 더 많아지는 역효과가 발생할 가능성도 있습니다.
6. 공간적 제약 고려
   대규모 DAC 시설을 구축하기 위해서는 넓은 부지가 필요합니다. 이는 인구 밀도가 높은 도시 지역보다는 상대적으로 인구 밀도가 낮은 지역에 적합하며, 이에 따라 지역적 특성을 고려한 기술 도입 전략이 필요합니다. 또한 포집된 이산화탄소의 운송과 저장을 위한 인프라 구축도 추가적인 공간을 필요로 합니다.

비용 절감과 효율 개선을 위한 노력

이러한 한계를 극복하기 위해 연구진과 기업들은 다양한 방식으로 DAC 기술의 비용 절감과 효율 개선을 시도하고 있습니다.

1. 재생에너지 활용
   • 태양광, 풍력, 지열 등을 이용해 DAC 시설을 운영하여 전력 비용을 절감합니다.
   • 스위스의 클라임웍스는 아이슬란드에서 지열 에너지를 활용한 DAC 시설을 가동 중입니다.
2. 고효율 흡수제 개발
   • 대한민국 연구진이 개발한 건식흡수제처럼, 더 적은 에너지로 재생할 수 있는 신소재 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
3. 대형화 및 자동화
   • DAC 시설을 대규모로 운영할수록 경제성이 개선됩니다.
   • 자동화된 모듈형 DAC 시스템 개발을 통해 인건비 절감과 운영 효율성을 높이는 연구가 진행 중입니다.

이러한 노력 덕분에 IEA는 2030년까지 탄소 포집 단가가 1톤당 100달러(약 13만 원) 이하로 낮아질 것으로 전망하고 있습니다.

정책적 지원의 중요성

DAC 기술의 상용화를 위해서는 정책적 지원이 필수적입니다. 현재의 기술 수준으로는 경제성 확보가 어렵기 때문에, 다음과 같은 정책적 지원 메커니즘이 중요합니다:

1. 탄소세 도입 및 확대
   이산화탄소 배출에 비용을 부과함으로써 DAC 기술의 상대적 경제성을 높일 수 있습니다.
2. 탄소배출권 거래제 개선
   DAC 기술을 통한 이산화탄소 제거량을 배출권으로 인정하는 제도적 장치가 필요합니다.
3. 초기 시장 창출을 위한 보조금
   초기 기술 개발 및 실증 단계에서는 정부의 직접적인 재정 지원이 필요합니다.
4. 연구개발 투자 확대
   DAC 관련 기초 기술과 신소재 개발을 위한 지속적인 연구 투자가 필요합니다.

DAC 기술의 필요성과 미래 방향

 DAC 기술이 필요한 이유

1. 네거티브 배출(탄소 제거) 기술
   • DAC는 이미 배출된 이산화탄소를 제거할 수 있는 몇 안 되는 기술 중 하나입니다.
2. 기존 탄소 감축 기술과 상호보완적 역할
   • 재생에너지로 대체하기 어려운 산업(예: 시멘트, 철강 등)에서 발생하는 탄소를 DAC로 상쇄할 수 있습니다.
3. 지속적인 기술 발전 가능성
   • 신소재 연구와 재생에너지 결합으로 DAC의 경제성이 꾸준히 개선되고 있습니다.
4. 다양한 활용 가능성
   • 포집된 이산화탄소는 합성연료, 식품 가공, 건축자재 생산 등에 사용될 수 있어 새로운 산업 생태계를 만들어낼 가능성이 있습니다.

DAC 외에도 탄소 감축을 위한 다양한 방식이 연구되고 있습니다.

다른 탄소 감축 방식

1. 탄소 포집 및 저장(CCS, Carbon Capture and Storage)
   CCS 기술은 화석 연료를 사용하는 발전소나 공장에서 발생하는 이산화탄소를 배출 전에 포집하여 지하에 저장하는 방식입니다. 이 기술은 특히 석탄 및 가스 발전소, 철강, 시멘트 등 필수 산업에서 배출되는 온실가스를 줄이는 데 유용합니다. 포집된 탄소는 해저나 육상의 깊은 지층에 주입하여 장기간 저장하거나, 일부는 산업적 용도로 재활용됩니다.
2. 탄소 포집 및 활용(CCU, Carbon Capture and Utilization)
   CCU 기술은 포집한 이산화탄소를 단순히 저장하는 것이 아니라 새로운 산업적 용도로 활용하는 방식입니다. 포집된 이산화탄소는 합성연료(예: e-fuel), 플라스틱, 건축자재(탄산칼슘 기반 콘크리트) 제조 등에 사용될 수 있습니다. 이 기술은 기존 탄소 배출 산업이 친환경적으로 전환될 수 있는 가능성을 제시합니다.
3. 삼림 조성 및 복원(Afforestation & Reforestation)
   자연 기반 해결책 중 하나로, 숲을 새로 조성하거나 훼손된 산림을 복원하는 것이 있습니다. 나무는 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소를 흡수하고 저장하는 역할을 합니다. 특히 맹그로브 숲, 열대 우림, 토착 식물을 이용한 조림이 효과적인 탄소 제거 방법으로 연구되고 있습니다.
4. 토양 탄소 격리(Soil Carbon Sequestration)
   농업과 토양 관리 방식의 개선을 통해 토양에 탄소를 저장하는 방식입니다. 지속 가능한 농업 기술(예: 무경운 농업, 혼합 작물 재배, 유기물 추가)과 탄소를 저장하는 식물(예: 목초지, 피복 작물) 등을 통해 토양의 탄소 저장 능력을 증가시킬 수 있습니다.
5. 해양 기반 탄소 제거 기술(Ocean-based Carbon Removal)
   해양은 지구의 주요 탄소 저장소 중 하나입니다. 이를 활용하여 대기 중 탄소를 줄이는 여러 기술이 연구되고 있습니다. 예를 들어, 미세조류를 활용한 탄소 흡수, 해양 알칼리화(Ocean Alkalinization)를 통한 해양의 탄소 저장 능력 증진, 해조류 양식을 통한 탄소 격리 등이 있습니다.

이러한 기술들은 DAC 기술과 함께 상호보완적으로 활용될 수 있으며, 탄소 감축 목표를 달성하기 위해서는 다양한 접근 방식이 필요합니다.

 

 DAC 기술은 기후변화 대응을 위한 중요한 도구 중 하나입니다. 하지만 현재 지구온난화를 막기 위한 방법으로 DAC 기술만으로는 충분하지 않습니다. CCS나 CCU와 같은 다양한 기술을 활용하여 지구온난화를 막기 위해 최선을 다해야 하는 시기입니다.

개인의 노력이 더해지면 좋겠지만 개인의 노력보다는 국가 차원에서 앞장서서 이산화탄소 절감을 위해서 노력을 해야 합니다. 이를 위해서는 개인의 관심이 필요할 것 같습니다.

 

아래는 2023년 7월에 작성한 이산화탄소 농도의 멈추지 않는 상승이라는 글의 내용입니다. 읽어보시고 많은 도움이 되시길 바랍니다.

https://alicemoza.tistory.com/270

이산화탄소 농도의 멈추지 않는 상승