탄소 중립의 빠진 퍼즐 조각
탄소 중립 추진이 진전됨에 따라, 중국에서는 탈탄소화, 탄소 포집 및 탄소 격리 기술이 지속적으로 발전하고 있다. 석탄 화력 발전소, 시멘트 생산, 천연가스 복합발전, 통합 가스화 복합발전, 바이오매스 에너지 탄소 포집 기술을 위한 기술들이 널리 보급되고 있다. 그러나 여전히 중대한 격차가 남아 있다: 직접 공기 캡처(DAC).
DAC는 현재 다음 세 가지 주요 과제를 해결할 수 있는 유일한 기술입니다:
비용 대비 효과
확장성, 사실상 무한한 확장 가능성을 지닌
언제든지 대기 중의 이산화탄소를 영구적으로 제거하는 것
직접 공기 포집 공정 개요
DAC 프로세스는 다음 세 단계로 요약할 수 있습니다:
공기 흡입 및 이산화탄소 포집: 팬이 주변 공기를 집진기로 흡입하면, 필터가 이산화탄소 입자를 포집합니다.
재생: 필터가 포화 상태에 이르면, 집열기가 약 100°C까지 가열되어 포집된 CO₂가 물과 혼합된 상태로 방출됩니다.
격리 또는 활용: 이산화탄소(CO₂)는 광물화를 통해 지하에 영구적으로 격리되거나, 합성 디젤 및 저탄소 연료로 전환되어 발전에 활용되거나, 온실 및 음료 산업에 공급됩니다.
DAC 기술 분류
1. 액체 직접 공기 포집
액체 DAC는 화학 흡착제를 사용하여 이산화탄소를 포집합니다.
알칼리 수산화물 용액
CO₂는 NaOH 또는 KOH와 반응하여 용해성 탄산염을 형성하며, 이 탄산염은 이후 가성화 과정을 통해 재생된다. 탄산칼슘을 900°C 이상으로 가열하면 고순도 CO₂가 방출된다.
아민 솔루션
연소 후 포집에 널리 사용되는 아민은 상온에서 CO₂를 흡수한 뒤 가열(약 120°C)을 통해 이를 방출합니다. 알킬 아민은 대기 중의 CO₂를 직접 포집하는 데 적합합니다.
아미노산 염 용액
CO₂는 아미노산 염과 반응하여 결정질 탄산염을 형성합니다. 이 공정은 흡착제를 재생시키는 동시에 비교적 낮은 온도(80–120°C)에서 고순도 CO₂를 생산함으로써 에너지 효율과 지속 가능성을 높입니다.
2. 고체 직접 공기 포집
고체 DAC는 알칼리 토금속이나 첨단 소재와 같은 흡착제를 사용합니다.
알칼리 토금속
CO₂는 CaO와 반응하여 CaCO₃를 형성하고, 이 CaCO₃는 소성 과정을 거쳐 CO₂를 방출합니다. 이 과정은 지속적으로 반복되지만, 대기 중 CO₂ 농도가 낮기 때문에 더 많은 에너지가 필요합니다.
금속-유기 골격체(MOFs)
MOF는 기공 구조를 조절하거나 아민기로 기능화함으로써 강력한 CO₂ 흡착 성능을 발휘합니다. 예를 들어, SIFSIX-3-Cu/Ni/Zn 소재는 중심 금속의 종류에 따라 선택적인 흡착 능력을 보입니다.
습도에 반응하는 흡착제
이산화탄소(CO₂)는 건조한 조건에서는 흡착되고 습도가 높아지면 탈착되어, 이를 통해 포집 및 저장을 제어할 수 있습니다.
DAC 기술의 산업화
여러 기업이 DAC 도입을 선도해 왔습니다:
클라이머웍스 (스위스)
2009년에 설립된 클라이머웍스(Climeworks)는 아이슬란드에서 오르카(Orca) DAC 플랜트를 운영하며 연간 4,000t의 이산화탄소를 포집하고 있습니다. 매머드(Mammoth)와 같은 향후 프로젝트들은 연간 36,000t을 목표로 하며, 포집된 이산화탄소를 온실 및 음료 산업에 공급할 계획입니다.
카본 엔지니어링 (캐나다)
CE는 액체 연료 생산을 위한 산업용 규모의 DAC 기술을 개발했습니다. 1PointFive와 협력하여 진행 중인 연간 100만 톤 규모의 이 프로젝트는 연간 최대 50만 톤의 이산화탄소를 포집할 예정이며, 향후 연간 100만 톤까지 확장할 수 있는 잠재력을 갖추고 있습니다.
글로벌 써모스탯 (미국)
2010년에 설립된 글로벌 써모스탯(Global Thermostat)은 엑슨모빌(ExxonMobil)과 협력하여 DAC 기술을 발전시키고 있으며, 칠레와 미국에 연간 2,000t의 이산화탄소를 포집할 수 있도록 설계된 시범 플랜트를 운영하고 있다.
중국 내 DAC 개발 현황
중국에는 약 100개의 CCUS 시범 프로젝트가 운영되고 있으며, 이를 통해 연간 400만 톤 이상의 이산화탄소를 포집하고 있다. 그러나 DAC는 여전히 시범 단계에 머물러 있다:
중국국유전력투자공사(SPIC) 2024년까지 최초의 DAC 산업 실증 프로젝트를 완료하는 것을 목표로 하고 있다.
저장대학교 온실용 이산화탄소 공급을 위해 습윤 재생 방식을 활용한 일일 30kg 용량의 DAC 시제품을 개발했다.
DAC는 무한한 확장 가능성, 생산 능력이 증가함에 따라 한계비용이 감소하므로, 이는 탄소 중립 달성에 있어 이 기술의 전략적 중요성을 부각시킨다.
글로벌 정책 및 투자 지원
미국
텍사스와 루이지애나주의 DAC 프로젝트에 $1.2B의 보조금을 지원하여, 연간 200만 톤 이상의 CO₂를 제거합니다.
연방 정부의 계획에는 초당적 인프라법에 따라 $3.5B 규모의 지원을 받는 4개의 DAC 센터가 포함되어 있습니다.
중국
‘국가 기후변화 평가 보고서(2022)’는 CCUS 기술의 일환으로 DAC를 장려하고 있다.
국가발전개혁위원회(NDRC)와 국가에너지국(NEA)의 정책은 국가 탄소중립 목표 달성을 위한 저탄소 기술 개발을 지원하고 있다.
업계의 약속
알파벳, 마이크로소프트, H&M, JP모건 체이스 등 글로벌 기업들이 영구적인 탄소 제거 솔루션을 위해 약 $1B를 투자하기로 약속했으며, 이는 DAC 기술에 대한 시장의 강한 관심을 보여주는 신호로 해석된다.
도전과 기회
DAC는 탄소 중립 달성에 필수적이지만, 비용은 여전히 주요 걸림돌로 남아 있습니다. 잠재적인 적용 분야는 다음과 같습니다:
석유 산업의 탄소 배출 저감
합성 연료, 메탄올, 플라스틱 및 콘크리트의 생산
농업용 온실 환경 개선
DAC는 중국에서 여전히 신흥 분야로 남아 있으며, DODGEN은 DAC 연구를 적극적으로 추진하고 있습니다., 파트너사들이 이 핵심 기술의 신속한 발전에 기여할 수 있도록 초청하고 있습니다.
