2022.01.01 (토)

FOCUS

동해 가스전, ‘블루수소’ 생산 기폭제 된다 

‘동해 가스전 활용 CCS 통합실증 사업’ 예타 추진
2025년부터 수소생산 과정서 나온 CO2 연간 40만 톤 저장
동해 CCS 실증, ‘비용 절감’과 ‘안전성 고도화’에 초점
블루수소 생산 위해 2030년 9억 톤 이상 저장소 확보 계획

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[월간수소경제 이종수 기자] 전 세계적으로 탄소중립 논의가 확산되면서 배출이 불가피한 이산화탄소 처리를 위한 CCUS(이산화탄소 포집·활용·저장) 기술의 중요성이 커지고 있다. 


정부는 ‘2050년 탄소중립’ 핵심기술인 CCUS 기술 개발과 상용 확산을 위해 이미 개발된 기술에 대한 실증 투자를 확대해 포집·저장·활용 분야별 상용화 기술을 확보할 계획이다. 우선  CCS 실증사업에 속도를 내고 있다. 


철강·시멘트·석유화학·수소·LNG발전 등 주요 산업별 중규모 테스트베드를 구축하는 단계적 실증사업을 추진해 2024년까지 주요 업종별 상용 규모 포집 기술을 확보할 계획이다.


또 안전성이 확보된 동해가스전을 활용한 중규모 통합 실증사업을 통해 2025년부터 수소생산 과정에서 발생하는 이산화탄소 총 1,200만 톤(연간 40만 톤급)을 30년간 저장하고, 포집·수송·저장 전주기 기술을 고도화할 계획이다.


지난 2004년 7월 생산을 개시해 한국의 석유・가스 개발역사에 큰 이정표를 남기며 우리나라를 세계 95번째 산유국 반열에 올려놓은 동해가스전이 CCS 사업의 전초기지로 변모하게 되는 것이다. 


‘동해가스전 활용 CCS 통합 실증사업’의 총괄 기획위원장인 권이균 공주대학교 지질환경과학과 교수(K-CCUS 추진단장 겸임)를 만나 이번 사업의 기획 배경과 사업 내용 등을 들었다.

 

블루수소 연계 CCS 실증사업 배경

CCS(Carbon Capture Storage)는 발전·산업체 등에서 화석연료를 사용하면서 발생하는 이산화탄소를 포집한 후 안전하게 육상 또는 해양 지중에 저장하는 기술을 말한다.


산업부는 상용 규모 기술 실증을 통한 CCS 조기 상용화와 2030년 온실가스감축 목표 실현을 위해 1년여의 기획과정을 거쳐 2021년 11월 18일 ‘동해가스전 활용 CCS 통합실증 사업’ 공청회를 개최했다. 


국내에서는 세계에서 3번째로 소규모(이산화탄소 100톤) 해상 지중 저장 주입 실증(2017년 포항해상 실증사업)에 성공한 경험이 있다. 이러한 경험을 바탕으로 상용규모 저장 실증을 위해 지난 2020년 8월 50여명의 전문가가 참여하는 기획위원회를 구성하고 사업 기획에 착수했다.


“온실가스 감축을 위해 CCS 기술을 활용하려면 기본적으로 이산화탄소를 저장할 수 있는 특성을 가진 지질학적인 저장소를 가지고 있어야 합니다. 이러한 저장소를 찾는 데 많은 시간과 돈이 들어요. 중장기적으로 탐사・시추를 통해 저장소를 확보해 나가면서 2030년 온실가스감축 목표 등 당장 달성해야 하는 목표가 있기에 상용규모의 CCS 기술을 실증할 수 있는 사업이 필요했습니다.”


권이균 공주대학교 교수가 설명한 실증사업 기획 배경이다. 


2030년 온실가스 감축 목표 달성을 위해선 연간 1,040만 톤의 이산화탄소를 포집해 활용・저장해야 한다. 이 중 640만 톤은 산업부문에서 활용하고, 400만 톤은 저장을 통해 처리키로 되어 있다.


정부 다부처 국책연구과제인 ‘동해 CCS 실증사업’은 울산・부산・포항 등 동남권 연안 산업단지에서 수소생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 동해가스전 고갈 저류층에 저장하는 CCS 전주기(포집·수송·저장) 연계 통합실증 사업이다. 국내 최초 상용규모의 CCS R&D 사업인 동시에 블루수소 생산 사업이라는 데 의미가 있다. 


동해가스전 생산종료 이후 산업체에서 포집된 이산화탄소를 파이프라인을 통해 동해가스전으로 이송한 후 고갈 저류층에 주입・저장하게 된다.  




권 교수는 “마침 동해 가스전이 2022년 6월에 생산을 종료함에 따라 실증사업 시점과 맞아떨어졌고, 동해 가스전에서 천연가스를 뽑아낸 저류층의 공간을 분석해보니 이산화탄소 저장소로 충분히 사용할 수 있음을 확인했다”라며 “세계적으로도 고갈 가스전이 가장 유망한 이산화탄소 저장소 유형으로 추천되어 있다”고 밝혔다.  


권 교수는 “육상에 이산화탄소를 저장하면 해상보다 비용이 저렴하게 들지만 국내의 경우 지질학적으로 이산화탄소를 주입할 만한 지층이 많지 않아 기술적으로 어렵고, 지역주민 수용성 문제와 정치적 이유로 인해 사업 지속 가능성도 보장하기 힘들다”라며 “세계적으로도 시설 확장 가능성이 크고 지역주민 수용성 문제도 해결할 수 있는 해상 저장 프로젝트가 많아지고 있는 추세”라고 말했다.  

 

동해 실증사업, 안전성・경제성 ‘우수’

동해 CCS 실증 사업은 우선 안전성이 매우 우수한 것으로 평가된다. 동해가스전이 육상에서 60km 떨어진 먼바다에 있고, 누출 경로가 없는 것이 이미 확인된 고갈 가스전 저류층을 활용하기에 가장 안전한 저장소라는 설명이다.    


권 교수는 “고갈 가스전이 이산화탄소 저장에 굉장히 유리한 이유는 원래 가스가 있었던 곳이기 때문”이라며 “가스가 있었던 곳에서 가스를 뽑아냈기에 압력이 원래 압력보다도 떨어져 지층이 원래 상태와는 달라져 있는데, 이곳에 다시 가스(이산화탄소)를 채워 넣으면 원래 상태로 되돌려 안전성이 더 강화되는 장점이 있다”고 설명했다.


권 교수는 이어 “저장소의 위험 요소에는 누출도 있는데, 고갈 가스전의 저장소는 가스가 누출되지 않고 수백만 년 동안 모여 있었던 곳이므로 거기에 다시 이산화탄소를 넣어도 누출되지 않아 안전성이 확인된 저장소”라고 밝혔다.  


그는 또 “저장된 이산화탄소는 지층에 있는 물에 녹는데, 그 물은 무거워져 천천히 땅속으로 사라져 영구적으로 격리되기 때문에 이산화탄소 감축으로 인정받는 것”이라고 덧붙였다.




동해 CCS 실증 사업은 경제성도 매우 우수한 것으로 평가된다. 기존 자원개발 생산시설, 해상 플랫폼, 해저 수송배관 등을 다시 활용함으로써 비용 절감이 가능해 경제적인 동시에 동해가스전 인근에 대규모 유망저장소가 존재해 사업 확장을 통한 규모의 경제도 실현할 수 있을 것으로 전망되기 때문이다.  


관계 부처 합동 연구단이 2021년 11월 3일 발표한 국내 CCS 유망저장소 평가 결과 동해가스전 인근 울릉분지에 1억9,300만 톤 규모의 유망저장소가 존재하는 것으로 나타났다.    


권 교수는 “동해 가스전 해양플랜트는 생산이 종료되면 다른 용도로 재활용되지 않는 한 철거하는 게 원칙으로 철거비용만 해도 엄청 드는데, 시설을 철거하지 않고 재활용하고, 굉장히 많은 돈이 드는 탐사와 시추 없이 바로 저장사업을 할 수 있어 매우 경제적”이라고 말했다.  


이산화탄소 포집원도 사업의 경제성 확보를 위해 울산을 중심으로 한 동남권 연안 산업단지로 선정했다. 


권 교수는 “국내에서는 대표적으로 석탄화력발전, LNG발전, 시멘트, 석유화학, 정유, 철강, 비철금속 등에서 이산화탄소가 많이 나온다”라며 “어디서 포집을 하는 게 제일 유리할까 고민하다가 우선 저장사업의 경제성 확보 측면에서 운송 거리가 짧은(동해 가스전에서 가까운) 울산, 포항, 부산에서 포집하면 경제적인 사업이 되겠다고 판단했다”고 설명했다.  


그는 또 “울산, 포항, 부산 지역에 철강, 석유화학 등 다양한 포집원이 있는데, 우리가 탄소중립・수소경제 사회로 가기로 했으니까 수소생산 과정에서 나오는 이산화탄소를 포집해 동해 가스전 저류층에 저장하기로 최종 결정하게 됐다”라며 “수소경제 사회의 궁극적인 목표가 그린수소이지만 그 전에 이산화탄소를 처리한 블루수소가 가교역할을 해야 하기에 블루수소와 연계한 CCS 실증사업을 기획하게 된 것”이라고 밝혔다.

 

국내 첫 상용 규모 CCS R&D 사업 

2023년부터 2030년까지 총 8년간 진행되는 ‘동해 CCS 실증사업’의 총사업비는 9,500억 원(정부 6,163억 원, 지방비 500억 원, 민간 2,837억 원)이다. 정부 지원금이 5,000억 원 이상 필요하기에 이 사업은 예비타당성 조사를 통과해야 한다. 정부는 2021년 12월 7일 예타 조사를 신청했다. 


예타 통과 후에는 실제 사업 추진을 위한 기업과 기관 등으로 구성된 사업단이나 회사가 설립될 예정이다. 이번 실증사업에서 20년간 동해가스전 운영을 통해 축적한 노하우와 기술역량을 확보한 한국석유공사가 중추적 역할을 할 것으로 보인다. 




이미 석유공사는 이번 사업의 연구과제 중 ‘CCS 통합실증 모델 개발’ 연구 주관기관으로 선정됐다. 실증사업의 기본설계 단계인 이 과제는 이산화탄소 포집・수송・저장기술은 물론 이산화탄소의 유출방지를 위한 안전·환경 분야까지 포함하는 융복합사업으로, 석유공사 외에도 SK이노베이션, 한국조선해양, 한국지질자원연구원 등 분야별 전문기술을 보유한 7개 기업・기관이 참여한다.   


석유공사는 정부 다부처 국책연구과제 중 하나인 ‘대심도 해양 탐사시추를 통한 대규모 CO2 지중저장소 확보’ 프로젝트에도 참여해 국내 대륙붕 지역에 이산화탄소를 저장하기에 적합한 지층을 찾는 탐사도 수행해왔다.    

동해 가스전에는 두 개의 가스전이 있는데, 우선 동해 1 가스전에서 실증사업을 하다가 저장 용량이 다 채워지면 동해 2 가스전으로 확대할 계획이다. 저장용량은 1 가스전이 약 1,200만 톤으로, 2 가스전(약 200만 톤)보다 6배 크다. 


이 사업은 국내 최초 상용 규모의 CCS R&D 사업으로, 그간의 R&D로 확보한 소규모 실증 기술을 중규모로 격상하고, 최적의 수송·주입 등 각 분야별 핵심 상용 기술을 확보해 대규모 상용화를 위한 기술 자립화 기반을 마련, 2025년부터 연간 40만 톤의 이산화탄소를 저장해 향후 30년간 총 1,200만 톤 규모의 온실가스 감축에 직접적으로 기여하는 것이 목표다.


권 교수에 따르면 부산, 울산, 포항 등의 산업단지에 천연가스 개질(SMR) 공정을 통해 수소를 생산하는 공장들이 있는 데, 이러한 공장에서 이산화탄소를 포집하는 기술은 이미 국제적으로 상용화되어 있고, 기술적 어려움도 없다. 다만 CCS 기술 확대를 위해서는 비용을 절감하고 효율을 높이는 기술개발이 더 필요하다. 




이산화탄소 저장기술도 상용화되어 있는 기술이다. 저장기술은 비용 절감과 안전성 확보가 최대 목표로, 이에 대한 연구개발도 더 해야 한다. 특히 비용 절감이 최대 관건이다. 기술적인 측면에서 전체적으로 CCS 단가를 톤당(t-CO2) 10만 원 이하로 낮추어야 한다. 


또한 CCS 사업은 대표적인 시설사업이다. 공장도 짓고, 배관도 설치하고, 플랫폼도 만들고, 주입공도 뚫고 하는 데 엄청난 돈이 들어간다. 이런 시설을 한 번 만들면 30년간 장기로 운영해야 하는데 전체적으로 비용이 비싸면 경제성이 떨어질 수밖에 없다.


이번 동해 CCS 실증사업이 필요한 동시에 정부의 적극적인 지원이 이뤄져야 하는 이유다. 


권 교수는 “이번 실증사업처럼 중간 규모(연간 40만 톤)로 실증을 해서 더 효율적으로 프로젝트를 운영할 수 있는 기술력과 경험을 확보한 후에 대규모 저장사업을 경제적으로 안전하게 추진할 수 있다”고 강조했다. 



권 교수에 따르면 국내 CCUS 기술은 세계 기술 수준 대비 80% 수준이다. 포집 분야는 85~90% 정도다. 저장・활용 기술 수준은 포집보다 좀 떨어진다. 이미 소규모 실증은 마쳤고, 중대규모 실증을 아직 안 했을 뿐이지 포집・수송・저장・활용 관련 요소기술들을 확보한 상태다. 이런 요소기술들을 통합해 실제 운영하면서 기술력을 현재의 80% 수준에서 95% 선까지 끌어올리는 게 이번 동해 CCS 사업의 목표이다.    


이처럼 ‘비용 절감’과 ‘안전성 고도화’에 초점을 둔 연구개발 사업 특성상 총 사업비 중 연구비용을 2,000억 이상으로 책정했다. 


동해 가스전의 기존 시설을 활용하더라도 일부는 신규 시설 투자가 필요하다. 포집설비는 신설해야 한다. 산업단지에서 포집한 이산화탄소를 연안 허브터미널까지 운송하는 배관도 신설해야 한다. 저장설비는 신규로 설치하는 부분과 일부 수정하는 부분이 있다.


또 이산화탄소 포집 시 투입되는 에너지・물질 비용, 인건비, 유지관리비, 모니터링 등 실증 기간 중 운영비도 만만치 않다. 


이렇게 해서 총사업비가 9,500억 원으로 산정됐다.    

 

권 교수는 “이번 사업을 통해 우리의 독자 기술로 상용 규모의 CCS 플랜트를 운영·관리함으로써 CCS 전분야 기술 자립화와 선진국 수준의 기술 역량을 확보할 수 있다”고 말했다.  


앞으로 국내에서 블루수소 생산이 확대될 예정이다. 수소경제 사회의 궁극적인 목표인 재생에너지 기반 그린수소 시대가 오기 전까지는 블루수소 생산・공급이 불가피하다. SK 등 민간 기업들이 블루수소 생산을 추진할 계획이며, 정부 차원에서는 수소생산기지 구축사업을 추진하고 있다. 수소산업 차원에서도 이번 실증사업의 의미가 큰 이유다.     




권 교수는 해외에서도 수소경제를 추진하는 국가를 중심으로 수소생산과 연계한 CCS 프로젝트가 크게 늘어날 것으로 전망했다. 대표적으로 노르웨이에서 로테르담 프로젝트가 추진 중이며, 영국의 프로젝트들도 수소생산과 연계될 계획이다. 캐나다의 퀘스트 프로젝트도 일정 부분 수소생산과 연계되어 있다.   


한편 권 교수는 “앞으로 국내에서 중장기적으로 CCS 사업이 활성화되면 육상의 다양한 포집원에서 포집한 이산화탄소를 해상 저장소로 운송하기 위한 이산화탄소 배관망이 확대될 것으로 전망된다”라며 “기존 천연가스 배관망을 활용하는 연구도 진행되고 있다”고 밝혔다. 

     

2030년 9억 톤 이상 저장소 확보

정부는 이번 동해 CCS 실증사업을 시작으로 저장용량을 단계적으로 확대해 2030년 온실가스 감축목표와 2050년 탄소중립 계획을 차질없이 이행하고 CCS 기술을 탄소중립 신산업으로 육성해 나갈 계획이다. 


정부가 2021년 11월에 발표한 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’에 따르면 블루수소 생산을 위해 관계부처 합동 연구단의 국내 대륙붕 탐사를 통한 탄소저장 가능규모 평가결과(2021년 11월 3일 발표)에 따라 오는 2023년 1억 톤급, 2030년 9억 톤 이상 저장소를 확보할 계획이다. 


다부처 CCUS 협력사업을 통해 1억2,000톤급 저장소를 먼저 확보한(2021~2023년, 280억 원) 이후 6억 톤 이상(2024~2030년, 3,500억 원)과 유망구조 2억 톤 이상(2023~2028년, 300억 원)을 합해 2030년까지 총 9억 톤 이상의 저장소를 확보한다는 것이다. 


유망저장소에 포집·저장 클러스터를 구축해 경제성 향상도 추진할 계획이다. CCS 비용($/t-CO2)을 2020년 95~102달러에서 2025년 81~88달러, 2030년 64~71달러로 낮춘다는 목표다.




해외저장소도 발굴할 계획이다. 이를 위해 한중 중간수역, 호주·동남아·EU 등과의 국제공동활용 저장소 확보 등 해외 저장소 발굴을 위한 국제협력을 추진한다. 국제 탄소포집・저장 연구소(GCCSI)에 따르면 2020년 기준 전세계 탄소 지중저장 용량은 8조 톤~55조 톤으로 추산된다. 


또한 정부는 블루수소 산업 생태계 조성과 생산 실증을 위해 LNG 인수기지 인근에 블루수소 클러스터를 조성해 LNG 개질+CCS 활용 블루수소 생산, 인근 수요처 발굴·공급, 발생 온실가스 국내외 저장·처리 등 블루수소 전주기 실증을 추진할 계획이다.  


현재 전북(생산-그린수소), 인천(생산-바이오·부생), 강원(저장·운송-액체수소), 울산(활용-모빌리티), 경북(활용-연료전지)에 총 5개의 수소 클러스터 조성이 추진 중인데, 블루수소 클러스터 신규 추가를 검토할 예정이다. 

정부는 CCU(탄소포집・활용) 기술 상용화도 본격 추진할 예정이다.  


과학기술정보통신부와 산업통상자원부는 2021년 12월 20일 ‘CCU 예타 기획 총괄위원회 1차회의’를 개최하고, 2030년 국가온실가스감축목표 달성과 2050년 탄소중립 실현을 위해 ‘(가칭) 3050 이산화탄소 포집·활용(CCU) 기술개발・통합실증’ 기획을 본격적으로 추진한다고 밝혔다.


정부는 지난 2021년 6월 15일에 발표한 ‘CCU 기술혁신 추진전략’ 수립 시 2030년 상용화 가능성이 높은 14개 CCU 제품 후보군과 중점투자가 필요한 59개 기술을 선정하고, 실증을 통한 기술 고도화를 위해 대규모 CCU 예타 계획을 반영한 바 있다.  


온실가스 다배출업장을 중심으로 대규모 실증을 통해 CCU 제품을 상용화한다는 계획이다. 과기정통부와 산업부는 2022년 상반기에 ‘3050 이산화탄소 CCU 기술개발・통합실증 사업(국비 1조5,000억 원, 2024~2030년)’에 대한 예비타당성 조사를 신청할 예정이다.  


이밖에 국제공동 CCS 프로젝트에 선제적으로 참여해 기술 선도국과의 공동연구를 통해 선진기술도 확보할 계획이다. 이를 위해 노르웨이, 네덜란드, 호주, 북미 등과 함께 CCUS 국제공동연구 사업(국비 120억 원, 2022~2024년)을 추진할 예정이다.





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