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시멘트 산업의 친환경 전환과 CCUS 역할: 독일 사례와 국내 시사점

energyresearch 2024. 12. 20. 14:55

 

1. 독일 시멘트 산업의 CCUS 역할과 과제 (NRW 사례)

독일은 2045년까지 탄소중립 달성을 목표로 설정하며, 시멘트 산업과 같은 에너지 집약적 산업의 배출 감축을 주요 과제로 삼고 있다. 시멘트 생산의 핵심 공정인 소성화(calcination) 과정에서 발생하는 CO₂ 배출은 화학적으로 불가피한 특성을 가지며, 이는 ‘Hard-to-Abate’ 영역으로 분류된다. 독일은 이러한 공정 배출 문제를 해결하기 위해 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술을 필수적으로 도입해야 한다고 보고 있다.

특히, 독일의 노르트라인베스트팔렌(NRW) 지역은 중공업 중심지로, 연간 5.3Mt의 CO₂를 배출하며, 이 중 약 3.3Mt이 소성화 과정에서 발생하는 공정 배출이다. 독일은 기존 기술(대체 연료 사용, 폐열 회수 등)의 개선을 통해 배출량을 줄여왔지만, 추가적인 감축은 CCUS와 같은 혁신적인 기술 없이는 어렵다고 판단한다. CCUS는 기술적 복잡성과 높은 비용에도 불구하고, 시멘트 산업의 탄소 배출을 실질적으로 줄이기 위한 핵심 기술로 자리 잡고 있다.

2. 시멘트 생산 공정 및 기술 현황

시멘트 생산은 석회석(CaCO₃)을 소성화하여 클링커를 제조한 뒤, 이를 다른 성분과 혼합하여 시멘트를 완성하는 과정이다. 이 과정에서 석회석의 화학 반응(CaCO₃ → CaO + CO₂)은 전체 배출량의 약 2/3를 차지하며, 연료 연소에서 나오는 배출은 1/3에 불과하다. 독일은 대체 연료 사용 비율을 67%까지 끌어올리고, 예열기(preheater), 예소성기(precalciner), 폐열 회수 시스템(WHR) 등의 기술을 도입하여 에너지 효율을 높였다. 이를 통해 1990년 26.5Mt의 CO₂ 배출량을 2019년 20Mt으로 줄이는 성과를 거두었지만, 기존 기술만으로는 추가적인 배출 감축 여력이 제한적이다.

3. CCUS의 역할과 감축 잠재력

CCUS 기술은 공정 배출을 포함한 시멘트 산업의 배출을 실질적으로 감축할 수 있는 유일한 대안으로 평가된다. CCUS는 CO₂를 포집하고, 정제 및 압축한 뒤, 이를 운송하여 저장하거나 활용하는 네 단계로 이루어진다. 전 세계 CO₂ 배출량의 약 7%를 차지하는 시멘트 산업은 CCUS를 통해 최대 40%의 배출 감축이 가능하며, 이는 시멘트 산업의 글로벌 CO₂ 배출 비중을 7%에서 약 4.2%로 낮출 수 있다. 이를 위해 CCS 설비의 용량은 현재 대비 약 19배 확장이 필요하며, 특히 중국, 인도, 유럽, 한국 등의 주요 생산국에서 전략적인 투자와 기술 도입이 필수적이다.

4. 한국 시멘트 산업의 현황과 도전 과제

한국 시멘트 산업은 독일과 유사한 생산 공정을 채택하고 있지만, 순환자원 활용과 에너지 효율성(Scope 2) 측면에서는 열위에 있다. 한국은 폐기물 연료 사용률이 35%로, 유럽 평균(41%)이나 독일(67%)에 비해 낮으며, 폐열 회수 시스템 도입률도 제한적이다. 그러나 정부의 탄소중립 정책(K-ETS) 강화와 ESG 투자 증가로 인해 친환경 전환의 압박이 커지고 있다. 국내 시멘트 기업들은 기술적, 재정적 어려움 속에서도 CCUS 기술 도입, 대체 연료 사용 확대, 저탄소 시멘트 개발 등의 노력을 진행 중이다.

5. 건설 산업의 ESG 요구와 시멘트 업계의 기회

국내 주요 건설사(현대건설, 삼성물산 등)는 ESG 경영 강화에 따라 저탄소 시멘트와 친환경 건축 자재 사용을 선호하고 있다. 삼성물산은 시멘트를 사용하지 않는 ‘제로 시멘트 보도블록’을 개발하고, 저탄소 콘크리트를 주요 프로젝트에 도입하며 친환경 건설을 선도하고 있다. 이러한 변화는 시멘트 업계에 친환경 전환을 가속화할 필요성을 제기하며, 친환경 전환에 성공한 기업이 향후 건설사와의 장기적인 파트너십을 형성할 가능성을 높이고 있다.

6. 제언

시멘트 산업은 내수 중심적 특성과 친환경 전환 비용 부담으로 인해 어려운 경영 환경에 직면해 있다. 그러나 ESG 요구의 증가, 탄소중립 규제 강화, 건설사의 저탄소 자재 선호 등은 친환경 전환 기업에게 중장기적으로 유리한 경쟁력을 제공한다. 따라서 투자 보고서는 다음과 같은 논리를 강조해야 한다:

  1. 친환경 전환의 필수성: CCUS, 혼합재 활용, 폐열 회수 기술 등 혁신적 기술 도입의 필요성을 제시.
  2. 중장기 수익성: 초기 투자 부담에도 불구하고, 탄소배출권 수익 창출과 프리미엄 제품 판매를 통해 수익성 개선 가능.
  3. 정책 및 시장 변화 대응: 정부의 탄소중립 정책 강화와 ESG 평가 공시 의무화에 따라 친환경 기업이 정책적 지원을 선점.
  4. 내수 시장 차별화: 내수 중심의 경쟁 구도에서 친환경 인증 제품을 통한 차별화 전략을 강조.

 

 

 

요약: 독일 시멘트 산업의 CCUS 역할과 과제 (NRW 사례)

1. 배경

  • 목표: 독일은 2045년까지 탄소 중립 달성을 목표로 설정.
  • 산업별 기여: 시멘트, 석회, 철강, 화학 산업이 독일 산업 배출의 70% 이상 차지.
  • 시멘트 산업 특성:
    • 공정 배출: 시멘트 생산 과정(소성화)에서 필연적으로 발생하는 CO₂를 대체할 기술이 없음.
    • CCUS 필요성: 공정 배출 감축을 위해 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술이 필수적.

2. 시멘트 생산 공정 및 기술 현황

  • 주요 과정:
    • 시멘트는 클링커(석회석 소성화)와 기타 성분 혼합으로 생산.
    • 소성화 화학 반응: CaCO₃ → CaO + CO₂ → CO₂ 배출.
  • 배출 비율:
    • 공정 배출이 약 2/3 차지, 연료 배출이 1/3 기여.
  • 효율 개선:
    • 독일은 대체 연료 사용률 67% (세계 평균 5-10%)로 EU 내 최상위.
    • 기존 기술 개선으로 이미 상당한 감축(26.5Mt → 20Mt) 달성, 추가 감축 여지 적음.

3. CCUS 기술 및 경제적 평가

  • CCUS 기술 공급망:
    1. 포집: 고농도 CO₂를 효율적으로 추출.
    2. 정제 및 압축: CO₂ 순도 및 압력을 기준에 맞게 조정.
    3. 운송: 파이프라인, 선박, 철도, 트럭 등 다양한 방법 사용.
    4. 저장/활용: 지질 저장소에 저장하거나 다른 용도로 활용.
  • 포집 기술:
    • 유형: 후처리(기존 공정 후 CO₂ 포집), 산소 연소, 직접 분리 등.
    • 비용: €20-140/톤 CO₂, 기술 성숙도와 공장 규모에 따라 비용 차이 발생.
  • 경제성:
    • 대규모(300kt/년 이상)에서 경제성이 개선되며, 소규모에서는 비용이 급등.
    • 기술 발전과 모듈화로 CAPEX 절감 가능성 존재.

4. 운송 및 저장 문제

  • 운송:
    • 거리와 양에 따라 최적화 필요.
    • 파이프라인: 대규모, 단거리 운송에 적합. 초기 투자비용 높음.
    • 선박: 장거리, 저용량 운송에 적합.
  • 정제 기준:
    • 높은 순도 요구는 추가 비용(최대 €20/톤)을 유발.
    • 공식 기준 부재: 시멘트 생산업체의 투자 결정에 불확실성 초래.

5. NRW 시멘트 산업 분석

  • NRW 특징:
    • 독일 중공업 중심지, 시멘트 산업 주요 생산지역.
    • 연간 5.3Mt CO₂ 배출 (공정 3.3Mt, 연료 2Mt).
  • 기존 감축 한계:
    • 기존 기술(대체 연료 및 효율 개선)만으로는 추가 감축 한계 도달.
  • CCUS 도입 필요성:
    • 기술 경제성과 인프라 부족이 주요 도전 과제.

6. 결론

  • CCUS 필요성: 시멘트 산업의 탄소 중립 달성을 위해 필수적임.
  • 과제:
    • 기술 경제성 개선 및 대규모 적용.
    • 운송 및 저장 인프라 확충 필요.
    • CO₂ 순도 기준 및 규제 명확화.

 

시멘트 생산 공정 및 기술 현황

1. 주요 과정

  • 클링커 생산:
    • 핵심 반응: 석회석(CaCO₃)을 높은 온도에서 가열(소성화)해 클링커를 생성.
      • 화학 반응:
        • CaCO₃ (석회석) + 열 → CaO (소성물) + CO₂
        • 이 과정에서 이산화탄소(CO₂)가 배출됨.
    • 온도 조건: 약 1,450°C에서 소성화 과정이 이루어짐.
    • 소성화 배출 특성:
      • 공정상 필수적인 배출로, 대체 불가능한 반응으로 인해 탄소 중립 달성에 큰 과제가 됨.
  • 시멘트 혼합:
    • 생성된 클링커는 다른 성분(석고, 슬래그, 플라이 애쉬 등)과 혼합되어 시멘트로 제조.
    • 혼합 비율에 따라 다양한 시멘트 유형(CEM I, CEM II, CEM III 등)이 생산됨.

2. 배출 비율

  • 공정 배출: 전체 시멘트 생산 배출량의 약 2/3 차지.
    • 소성화 반응에서 발생하는 CO₂가 대부분.
    • 다른 에너지 집약 산업(철강, 화학 등)과 달리, 공정 배출은 ‘Hard-to-Abate’ 영역으로 간주됨.
  • 연료 배출: 전체 배출량의 1/3 기여.
    • 소성로 가열을 위한 연료(석탄, 천연가스, 폐기물 연료 등) 사용에서 발생.

3. 효율 개선

  • 대체 연료 사용:
    • 독일 시멘트 산업은 대체 연료(substitute fuels) 사용 비율이 **67%**에 도달.
    • 세계 평균: 5~10%, EU 평균: 41%로 독일이 EU 내 최상위.
    • 주요 대체 연료:
      • 폐기물 유래 연료(RDF: Refuse-Derived Fuel), 플라스틱 폐기물 등이 주류.
    • 대체 연료 사용으로 화석 연료 의존도와 탄소 배출 감소 달성.
  • 기술 개선:
    • 생산 공정 혁신:
      • 초기 수직 소성로(shaft kiln) → 회전 소성로(rotary kiln)로 전환.
      • 습식 공정 → 건식 공정으로 전환해 에너지 효율성 향상.
    • 첨단 기술 도입:
      • 예열기(preheater) 및 예소성기(precalciner) 사용으로 열 손실 최소화.
      • 폐열 회수 시스템(WHR) 적용을 통해 생산 과정에서 에너지 재활용.
    • 혼합재 사용 확대:
      • 클링커 비율을 줄이고 슬래그, 플라이 애쉬 등을 혼합하여 탄소 배출 감소.
      • 예: CEM II, CEM III는 클링커 함량이 낮아 탄소 배출이 적음.
  • 성과:
    • 독일 시멘트 산업은 지난 30년간 배출량을 크게 감축:
      • 1990년: 26.5Mt CO₂ 배출 → 2019년: 20Mt CO₂ 배출.
      • 단위 배출량: 0.75 tCO₂/t 시멘트 → 0.59 tCO₂/t 시멘트.
    • 하지만 기존 기술 개선의 한계:
      • 현재 적용된 기술들로는 추가적인 감축 잠재력이 제한됨.
      • CCUS 도입과 같은 획기적 기술이 필요.

결론

  • 독일 시멘트 산업은 기술적, 경제적 효율성을 극대화했지만, 공정 배출의 특성상 탄소 중립을 달성하려면 CCUS와 같은 혁신적 기술 도입이 필수적임​.
  • 기존의 에너지 효율 개선 및 대체 연료 활용만으로는 추가 감축 여지가 매우 적기 때문에 새로운 접근법이 필요함.

 

 

공정 배출이 'Hard-to-Abate' 영역으로 간주되는 이유

  1. 소성화 반응의 필수적 특성
    • 시멘트 생산 과정의 핵심인 소성화(calcination) 반응은 화학적 필수 과정임.
    • 석회석(CaCO₃)을 가열하면 산화칼슘(CaO)과 이산화탄소(CO₂)가 생성됨:
      • CaCO₃ → CaO + CO₂
    • 이 반응은 물리적 또는 에너지 대체로는 해결할 수 없는 화학적 공정 배출임.
  2. 불가피한 배출
    • 공정 배출 CO₂는 클링커 생산을 위해 반드시 발생하기 때문에,
      • 재생에너지, 바이오매스, 수소 등 탄소중립 에너지를 사용해도 소성화 반응에서 CO₂ 배출은 불가피함.
    • 이는 철강, 화학 산업처럼 연료 또는 에너지원 변경으로 배출량을 줄일 수 있는 산업과 차별화되는 특징임.
  3. 기술적 대체 불가능성
    • 소성화 반응을 대체할 대안적 화학적 공정이나 기술이 현재 존재하지 않음.
    • 다른 에너지 집약 산업은 일부 공정을 전기화, 수소 사용으로 전환할 수 있지만, 시멘트 산업의 경우 소성화 반응 자체를 없앨 수 없음.
  4. 탄소 저감 기술 의존
    • 시멘트 산업의 탄소 감축은 **탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS)**과 같은 기술에 의존할 수밖에 없음.
    • 따라서 Hard-to-Abate 영역으로 분류되며, 기술 도입 시 추가 비용과 인프라 투자가 필수적임.
  5. 규모와 경제성 문제
    • 시멘트 산업은 대규모 공정 배출이 특징이기 때문에, 배출 저감을 위한 기술 적용에도 규모의 경제가 필요.
    • 공정에서 다량의 CO₂가 배출되기 때문에 이를 포집, 정제, 저장하는 과정에 높은 비용과 복잡한 기술이 요구됨.

결론

시멘트 생산의 공정 배출은 화학적 반응의 필연성 때문에 줄이기 어려운 Hard-to-Abate 영역에 속함.
현재로서는 **탄소 포집(CCUS)**과 같은 혁신적 기술만이 해결책으로 간주됨​.

 

 

 

시멘트 생산 공정의 기술 개선 및 한국 시멘트 산업의 현황

1. 생산 공정 혁신

  • 소성로 전환:
    • **수직 소성로(shaft kiln)**에서 **회전 소성로(rotary kiln)**로의 전환을 통해 균일한 품질과 생산 효율성을 향상.
  • 공정 방식 개선:
    • 습식 공정에서 건식 공정으로의 전환을 통해 에너지 소비를 절감하고, 환경 영향을 최소화.

2. 첨단 기술 도입

  • 예열기 및 예소성기 사용:
    • **예열기(preheater)**와 **예소성기(precalciner)**를 도입하여 열 에너지의 효율적 활용과 열 손실 최소화.
  • 폐열 회수 시스템(WHR):
    • 생산 과정에서 발생하는 폐열을 회수하여 에너지 재활용을 극대화하고, 전체 에너지 효율을 높임.

3. 혼합재 사용 확대

  • 클링커 비율 감소:
    • 클링커 함량을 줄이고, 슬래그, 플라이 애쉬 등의 혼합재를 활용하여 탄소 배출을 감소.

순환자원 활용 현황:

  • 유럽: 1980년대부터 폐기물 등을 연료로 활용하여 순환자원 재활용률이 높음. 2020년 기준 EU 평균 재활용률은 52%이며, 일부 공장은 100%에 도달.
  • 한국: 1997년 폐타이어, 2002년 폐합성수지를 연료로 사용하기 시작했으며, 2021년 기준 순환자원 활용률은 35%로, 유럽에 비해 낮은 수준.

에너지 효율성(Scope 2) 측면:

  • 유럽: 폐열 회수 시스템(WHR) 등 첨단 기술을 적극 도입하여 에너지 효율성을 높이고 있음.
  • 한국: 일부 기업이 폐열 회수 시스템을 도입하고 있으나, 전체적인 에너지 효율성은 유럽에 비해 낮은 편.

기본 공정 비교:

  • 한국과 유럽 모두 회전 소성로(rotary kiln)를 사용하며, 건식 공정을 채택. 그러나 유럽은 예열기(preheater), 예소성기(precalciner) 등의 첨단 설비를 더 적극적으로 활용하여 공정 효율성을 높이고 있음.

한국 시멘트 산업의 개선 방향:

  • 순환자원 활용 확대: 폐기물 연료 사용에 대한 사회적 인식 개선과 정책 지원을 통해 재활용률을 높여야 함. 현재 일부에서는 폐기물 사용에 대한 부정적 인식이 존재하지만, 유럽에서는 이를 '그린 시멘트'로 인정.
  • 에너지 효율성 향상: 폐열 회수 시스템 등 첨단 기술 도입을 확대하여 에너지 소비를 줄이고, 온실가스 배출을 감소시킬 필요가 있음.
  • 정책 및 규제 개선: 순환자원 활용에 대한 규제를 완화하고, 관련 인프라 투자를 촉진하는 정책적 지원이 필요.

 

유럽의 예열기(preheater)와 예소성기(precalciner) 활용 분석

1. 예열기 (Preheater)

  • 목적: 클링커 생산 과정에서 열 회수를 통해 에너지 효율성을 극대화함.
  • 작동 원리:
    • 석회석이 소성로에 들어가기 전에 가열된 배출 가스의 열을 활용하여 미리 예열.
    • 이를 통해 소성로 내에서 필요한 연료 사용량을 줄임.
  • 주요 효과:
    • 에너지 소비 감소: 연료 소비를 줄이고 소성로의 가동 효율을 높임.
    • 배출가스 온도 저감: 배출가스에서 나오는 잉여 열을 공정에 재활용.
    • 운영비 절감: 전체 열 에너지 소모량이 약 20~30% 절감됨.

2. 예소성기 (Precalciner)

  • 목적: 클링커의 전구체인 석회석(CaCO₃)을 소성로에 들어가기 전에 부분적으로 소성화(탈탄산화)하는 설비.
  • 작동 원리:
    • 예소성기에서는 50~60%의 석회석 소성화 반응이 완료됨.
    • 석회석에 고온의 배출가스와 연료(폐기물 연료 등)를 혼합해 부분 소성화.
  • 주요 효과:
    • 소성로 부담 감소: 소성로 내부에서 수행해야 할 열화학 반응량이 줄어들어 연료 사용량이 감소.
    • 연소 온도 최적화: 연소 온도를 더 낮은 수준으로 유지하면서도 필요한 반응을 유도.
    • 배출가스 감소: 연소 과정에서 발생하는 CO₂ 및 기타 배출물의 양을 저감.

3. 예열기와 예소성기 도입의 기술적, 경제적 효과

  1. 에너지 효율 극대화:
    • 예열기를 통해 석회석에 사전 열을 가해 에너지 소비를 최소화.
    • 예소성기를 통해 소성로의 에너지 부담을 줄여 연료 절감 효과.
    • 연료 절감으로 인한 온실가스 배출량 감소.
  2. 경제적 비용 절감:
    • 초기 투자비용이 높지만, 연료 비용 절감과 장기 운영 효율성 개선 효과가 큼.
    • 유럽에서는 에너지 비용이 상대적으로 높기 때문에 이러한 기술 도입이 경제적 이점이 더 크며 빠르게 확산됨.
  3. 배출가스 저감:
    • 기존 소성로보다 CO₂ 배출량을 20~30%까지 감소 가능.
    • **폐열 회수 시스템(WHR)**과 결합할 경우 추가적인 배출 저감이 가능.

4. 한국과 유럽의 비교

구분/유럽/한국

예열기 모든 소성로에 예열기 도입 (기본 사양). 에너지 재활용이 필수적임. 일부 선진 대형 공장에서 도입. 중소형 및 노후 설비는 아직 개선 필요.
예소성기 예소성기 도입 비율 높음. 고효율 설비를 지속적으로 업그레이드. 예소성기 보급이 일부 대형 기업에 국한됨. 도입률이 상대적으로 낮음.
폐열 회수 시스템 폐열 회수 시스템(WHR) 도입이 일반화되어 있음. 도입 초기 단계. 일부 기업만 적용 중. 전체적인 보급률이 낮음.
연료 대체 폐기물 연료, 바이오매스 적극 활용 (대체 연료 사용률 67%). 폐기물 연료 사용률 35%. 환경 규제와 사회적 인식 개선 필요.

5. 한국의 개선 방향

  • 예열기 및 예소성기 도입 확대:
    • 기존 노후 소성로를 단계적으로 업그레이드하여 에너지 효율을 개선.
    • 정부의 정책적 지원과 인센티브를 통해 기술 도입을 가속화.
  • 폐열 회수 시스템(WHR):
    • 폐열 회수 시스템을 적극 도입하여 에너지 낭비를 줄이고 생산 비용 절감.
  • 대체 연료 사용 확대:
    • 폐기물 연료, 바이오매스 등의 활용을 늘려 탄소 배출 감축과 비용 절감을 동시에 달성.
  • R&D 투자 강화:
    • 첨단 설비 개선과 스마트 공정 도입을 통해 에너지 효율성을 극대화하는 연구개발이 필요.

 

산업 부문의 CO₂ 배출 비중

  • 에너지 관련 CO₂ 배출량: 2023년 기준, 전 세계 에너지 관련 CO₂ 배출량은 약 374억 톤으로 보고.
  • 산업 부문: 이 중 산업 부문이 차지하는 정확한 비중은 명시되어 있지 않지만, 일반적으로 산업 부문은 전체 에너지 관련 CO₂ 배출량의 약 **24%**를 차지하는 것으로 알려져 있음.

시멘트 산업의 CO₂ 배출 비중

  • 시멘트 산업: 시멘트 생산은 전 세계 CO₂ 배출량의 약 **7%**를 차지.
     

이를 종합하면, 산업 부문이 전체 CO₂ 배출량의 약 24%를 차지하며, 그중 시멘트 산업이 약 7%를 담당

 

 

설비 교체를 통한 시멘트 산업의 CO₂ 감축 잠재력 분석

1. 시멘트 산업의 현재 CO₂ 배출 비중

  • 전 세계 CO₂ 배출량: 약 374억 톤 (2023년 기준).
  • 시멘트 산업 비중: 약 7% → 약 26억 톤 배출.

2. 설비 교체 및 폐열 회수 시스템(WHR) 도입 효과

  • 소성로 교체: 기존 소성로보다 20~30% 감축 가능.
  • 폐열 회수 시스템(WHR) 결합: 추가 감축 가능 (약 5~10% 추가 감축 예상).

→ 총 감축률: 최대 30~40% CO₂ 배출량 감축 가능.

3. 감축량 계산

  • 현재 시멘트 산업 배출량: 약 26억 톤.
  • 감축량:
    • 30% 감축 시: 26억톤×0.3=7.8억톤26억 톤 \times 0.3 = 7.8억 톤 감축.
    • 40% 감축 시: 26억톤×0.4=10.4억톤26억 톤 \times 0.4 = 10.4억 톤 감축.

→ 시멘트 산업 배출량:

  • 30% 감축 후: 26−7.8=18.2억톤26 - 7.8 = 18.2억 톤.
  • 40% 감축 후: 26−10.4=15.6억톤26 - 10.4 = 15.6억 톤.

4. 전 세계 CO₂ 배출량 비중 변화

  • 기존 시멘트 산업 비중: 7% (26억 톤 / 374억 톤).
  • 감축 후 비중:
    • 30% 감축: 18.2억톤/374억톤≈4.9%18.2억 톤 / 374억 톤 \approx 4.9\%.
    • 40% 감축: 15.6억톤/374억톤≈4.2%15.6억 톤 / 374억 톤 \approx 4.2\%.

결론: 비중 변화

  • 설비 교체와 폐열 회수 시스템(WHR) 도입을 통해 시멘트 산업의 CO₂ 배출량을 최대 40% 감축하면,
    • 시멘트 산업의 전체 CO₂ 배출 비중이 **7% → 약 4.2%**로 감소.
  • 이는 전 세계 산업 부문 감축 노력에서 시멘트 산업이 차지하는 비중을 크게 낮출 수 있음을 의미.

 

CCUS 활용을 통한 4.2% CO₂ 감축 달성을 위한 CCS 용량 계산

1. 감축해야 할 CO₂ 배출량

  • 현재 전 세계 CO₂ 배출량: 374억 톤 (2023년 기준).
  • 시멘트 산업의 현재 비중: 7% → 약 26억 톤.
  • 40% 감축 목표:
    • 감축량 = 26억 톤×0.4=10.4억 톤26억 \, \text{톤} \times 0.4 = 10.4억 \, \text{톤}.

2. CCUS 필요 용량 계산

  • 감축 목표를 CCUS로 달성한다고 가정할 때, CCS 설비가 추가로 처리해야 할 CO₂는 10.4억 톤.
  • 현재 CCS 전 세계 처리 용량:
    • 2023년 기준, 전 세계 CCS 운영 용량은 약 0.44억 톤/년에 불과.
    • CCS 건설 중 및 계획된 프로젝트 포함 시, 예상 용량은 약 2억 톤/년.

3. 추가 CCS 용량 필요량

  • 목표 감축량: 10.4억 톤/년10.4억 \, \text{톤/년}.
  • 현재 및 계획된 용량: 2억 톤/년2억 \, \text{톤/년}.
  • 추가 필요 용량 = 10.4−2=8.4억 톤/년10.4 - 2 = 8.4억 \, \text{톤/년}.

4. CCS 보강 필요 규모

  • 현재 CCS 대비 확장 비율:
    • 8.40.44≈19\frac{8.4}{0.44} \approx 19.
    • CCS 용량을 약 19배로 확대해야 시멘트 산업 40% 감축 목표 달성 가능.

5. CCUS 확장 과제

  • 경제적 투자:
    • 현재 CCS 프로젝트의 설치 비용은 톤당 약 $50~100 USD.
    • 8.4억 톤/년의 설비 구축에는 최소 $420~840억 USD 투자 필요.
  • 기술적 확장:
    • CCS 기반 기술 및 운송, 저장 인프라 개발 필수.
    • 대규모 배출원(시멘트 공장)에 포집 장비 설치와 파이프라인 건설 필요.
  • 사회적 및 정책적 지원:
    • CCS의 공공 수용성을 확보하고 규제 및 정책 지원이 필수적.

결론

  • 시멘트 산업의 CO₂ 배출량을 40% 줄이기 위해서는 연간 8.4억 톤의 CCS 추가 용량이 필요하며, 이는 현재 전 세계 CCS 용량 대비 약 19배 확장이 요구됨.
  • 이는 CCS 기술과 관련 인프라에 대규모 투자와 정부, 기업, 국제 협력의 긴밀한 조율이 필요함을 시사.

 

지역별 CCS 분포 계획

1. 지역별 시멘트 산업 CO₂ 배출 비중

시멘트 산업의 CO₂ 배출은 지역별 시멘트 생산량에 따라 크게 차이 납니다. 주요 지역별 비중과 배출량(2023년 기준)은 다음과 같음:

지역/세계/ 시멘트 생산 비중/CO₂ 배출량 (억 톤)/비고

중국 50% 약 13억 톤 세계 최대 시멘트 생산국.
인도 10% 약 2.6억 톤 빠르게 증가하는 생산량.
유럽 8% 약 2.1억 톤 효율적 감축 기술 도입 중.
미국 3% 약 0.8억 톤 CCS 초기 단계.
아프리카 7% 약 1.8억 톤 인프라와 기술 부족.
기타 지역 22% 약 5.7억 톤 동남아, 남미 중심.

2. CCS 용량의 지역별 배치 기준

CCS 용량은 지역별 배출량, 기술적 역량, 경제적 여건, 정책적 지원 등을 종합적으로 고려해 배치.

  1. 중국 (50% 배출, 13억 톤):
    • CCS 우선 지역: 세계 최대 시멘트 생산국이자 배출국.
    • CCS 용량: 전체 추가 용량의 약 50% (4.2억 톤/년) 필요.
    • 특징:
      • 대규모 배출원을 중심으로 CCS 허브 개발.
      • 지역 내 파이프라인 네트워크와 저장소 확충.
  2. 인도 (10% 배출, 2.6억 톤):
    • CCS 용량: 약 10% (0.84억 톤/년).
    • 특징:
      • 산업화와 시멘트 생산 급증으로 인해 CCS 초기 도입 단계 필수.
      • 경제적 지원과 기술 협력이 필요.
  3. 유럽 (8% 배출, 2.1억 톤):
    • CCS 용량: 약 8% (0.67억 톤/년).
    • 특징:
      • 기존 CCS 기술과 정책이 잘 갖춰져 있어 빠른 적용 가능.
      • 북해와 같은 지질 저장소 활용 확대.
  4. 미국 (3% 배출, 0.8억 톤):
    • CCS 용량: 약 3% (0.25억 톤/년).
    • 특징:
      • CCUS(탄소 활용 포함) 중심의 기술 개발.
      • 텍사스 등 기존 CO₂ 저장소 활용 가능.
  5. 아프리카 (7% 배출, 1.8억 톤):
    • CCS 용량: 약 7% (0.59억 톤/년).
    • 특징:
      • 기술 도입 초기 단계. 국제적 기술 및 재정 지원 필요.
      • 저장소 개발과 관련 인프라 구축 필수.
  6. 기타 지역 (22% 배출, 5.7억 톤):
    • CCS 용량: 약 22% (1.85억 톤/년).
    • 특징:
      • 동남아, 남미 등 신흥국 중심으로 CCS 도입.
      • 국제 협력 및 지역별 파일럿 프로젝트 확대.

3. 지역별 배치 계획 (전체 추가 용량: 8.4억 톤/년)

지역/CCS 용량 (억 톤/년)/비율 (%)/주요 과제

중국 4.2 50% 대규모 허브 개발, 국가 정책 강화.
인도 0.84 10% 초기 기술 도입, 인프라 개발 및 경제 지원.
유럽 0.67 8% 기존 기술 활용 확대 및 지질 저장소 최적화.
미국 0.25 3% CCUS 확대 및 기존 저장소 활용.
아프리카 0.59 7% 기술 지원과 국제 협력 통한 인프라 개발.
기타 지역 1.85 22% 파일럿 프로젝트 및 지역별 협력으로 CCS 확대.

 

 

1. 친환경 전환의 필수성 강조와 시멘트 산업의 전략적 위치 부각

  • 환경 규제와 시장 변화:
    • 정부의 탄소중립 정책 및 ESG 요구 증가로 친환경 전환이 불가피.
    • 전 세계적으로 탄소배출 감축 목표를 달성하기 위해 CCUS, 혼합재 사용, 폐열 회수 기술 등 친환경 설비 투자가 급증.
    • 한국도 유럽과 유사한 규제 환경으로 이동 중이며, 선제적 친환경 전환을 통해 시장 내 경쟁 우위를 확보할 기업이 유리.
  • 시멘트 업계의 핵심 역할:
    • 시멘트는 건설 산업의 필수재로, 인프라 및 건설 투자 회복 시 가장 먼저 수혜를 받는 업종.
    • 친환경 전환 성공 시 시멘트와 레미콘의 가격 프리미엄 가능성.
    • 글로벌 그린 산업 트렌드에 편승한 탄소 배출권 거래 수익 및 녹색 금융 혜택도 기대.

2. 부진한 전방산업을 기회로 전환하는 방안

  • 주택 건설 경기 침체 속 정책 변화 가능성:
    • 주택 공급 확대 정책 발표 가능성이 커지는 만큼, 중장기 수요 회복을 염두에 둔 투자 전략을 제시.
    • 경기 부양책으로 인프라 투자 프로젝트가 확대되면 시멘트 수요의 추가적인 상승 가능성.
  • 가격 전가 가능성:
    • 최근 건설 원자재 가격 상승으로 인해 가격 인상에 대한 수용성이 높아짐.
    • 공급망 제약과 친환경 규제 강화가 맞물려 시멘트 및 레미콘 가격 인상 압박이 강해지고 있음.
    • 이는 업계의 수익성 개선 기회로 작용.

3. 해외 사례를 활용한 성공 모델 제시

  • 유럽 사례:
    • EU의 탄소 규제 강화로 친환경 전환 기업이 시장 점유율 확대 및 ESG 펀드 투자 유치.
    • 대표 사례: Heidelberg Materials는 폐열 회수, 혼합재 사용 확대 등으로 탄소 배출 감축과 비용 절감 동시 달성.
    • 시멘트 제품의 **친환경 인증(저탄소 시멘트)**을 통한 프리미엄 판매로 수익성 개선.
  • 일본 사례:
    • 일본의 Taiheiyo Cement는 건설 경기 부진에도 CCUS 기술 투자와 탄소배출권 판매로 추가 수익 창출.
    • 폐기물 연료 활용률을 높이며, 비용 절감과 동시에 정부 보조금 수혜.

 

 

1. 내수 중심 산업 특성에서의 전환 필요성

  • 규제 강화 가능성:
    • 한국 정부는 탄소중립 로드맵과 ESG 정책을 통해 유럽 수준의 환경 규제를 점진적으로 도입 중.
    • 예: **K-ETS(탄소배출권 거래제)**는 2030년까지 할당량 축소와 배출권 가격 상승을 계획하고 있음.
    • 탄소 배출량 감축 기업은 규제 준수 비용이 줄어드는 반면, 전환을 늦추는 기업은 배출권 구매 비용 증가로 경쟁력이 저하됨.
  • 고객사(건설사)의 ESG 요구:
    • 국내 주요 건설사(현대건설, 삼성물산 등) 및 인프라 사업자들은 ESG 평가 강화를 통해 저탄소 시멘트 사용을 선호.
    • 공격적으로 전환한 기업은 향후 건설사와의 장기 파트너십 형성 가능.
  • 친환경 전환 기업의 차별화 효과:
    • 내수 시장의 경쟁이 치열해질수록 친환경 전환은 차별화된 경쟁력이자 프리미엄 제품의 지위를 확보하는 수단이 될 수 있음.

2. 공격적인 전환이 유리한 이유

  1. 규제 리스크를 선제적으로 관리:
    • 향후 국내에서도 유럽 수준의 환경 규제가 도입될 가능성이 큼.
    • 전환 속도가 느린 기업은 장기적으로 탄소세 및 배출권 비용 부담이 증가.
    • 친환경 전환 기업은 비용 효율성과 규제 대응 면에서 유리한 위치 확보.
  2. ESG 투자와 자금 조달 경쟁력 강화:
    • 친환경 전환은 ESG 투자 확대를 통해 자금 조달 비용 절감 가능.
    • 국내 금융 기관(예: 국민연금, 한국산업은행 등)도 ESG 기준 강화로 친환경 기업에 대한 녹색 금융 혜택을 제공.
  3. 프리미엄 가격 정책:
    • 저탄소 시멘트 인증 제품은 프리미엄을 통해 추가 수익 창출 가능.
    • 예: 유럽의 Heidelberg Materials는 저탄소 인증을 바탕으로 주요 고객사에게 높은 가격에 제품을 공급.
  4. 선점 효과:
    • 초기 투자와 기술 도입의 부담이 크더라도, 선제적으로 전환한 기업은 정부 보조금, 기술 지원 혜택을 받을 가능성이 높음.
    • 기술 전환이 늦은 기업은 후발 주자로서 추가 투자와 경쟁 부담이 가중될 수 있음.

3. 공격적 전환

(1) 단기적인 비용 증가 → 장기적인 비용 절감

  • 단기적으로 전환 비용이 발생하지만, 배출권 비용 절감 및 연료 대체로 인한 비용 절감 효과가 중장기적으로 발생.
  • 예: 유럽에서는 대체 연료(폐기물, 바이오매스) 사용 비중을 67%까지 높여 연료 비용을 낮추고 있음. 한국도 폐기물 연료 활용을 확대하면 장기적으로 에너지 비용 절감 가능.

(2) 내수 시장 경쟁에서의 차별화

  • 내수 중심 특성상 제품 차별화가 경쟁의 핵심.
  • ESG 경영을 중시하는 건설사와의 협력은 친환경 시멘트 전환이 우선 조건이 될 가능성이 높음.
  • 저탄소 시멘트 인증과 같은 기준이 확립되면 친환경 전환 기업이 시장에서 우위를 차지.

(3) 정부 정책과의 연계

  • 정부의 탄소중립 로드맵과 K-ETS 정책 강화로 전환 기업이 정책적 혜택을 선점.
  • 정부 보조금과 녹색 금융 활용으로 전환 비용을 상쇄.
  • 건설 경기 회복 시 저탄소 인프라 프로젝트에서 친환경 기업이 우선 수혜 가능.

4. 해외 사례

  • 유럽 사례:
    • Heidelberg Materials는 유럽 내수 시장에서도 친환경 전환을 통해 시장 점유율 확대.
    • 배출권 매각, 대체 연료 확대, 폐열 회수로 추가 수익 창출.
    • 초기 투자 부담에도 불구하고 프리미엄 가격 제품 판매로 수익성 확보.
  • 일본 사례:
    • Taiheiyo Cement는 정부의 보조금과 탄소배출권 거래를 활용해 초기 투자 부담을 상쇄.
    • 폐기물 연료 사용을 통해 비용 절감과 탄소 배출 감축 동시 달성.

 

1. 건설업계의 ESG 경영 강화

  • ESG 경영에 대한 관심 증대: 한국건설산업연구원이 발표한 보고서에 따르면, 코로나19 이후 건설업계의 ESG 경영에 대한 관심이 이전보다 증가하였으며, 대형 건설사를 중심으로 관련 역량 확보에 주력
  • ESG 평가 및 공시 의무화: 국내외에서 ESG 정보 공시 의무화가 본격화됨에 따라, 주요 건설사들은 이에 대응하기 위해 ESG 역량 강화를 추진

2. 저탄소 건축 자재 도입 사례

  • 삼성물산의 제로 시멘트 보도블록 개발: 삼성물산은 시멘트를 전혀 사용하지 않는 '제로 시멘트 보도블록'을 개발하여, 일반 콘크리트 대비 탄소 배출량을 약 70% 감소. 이 제품은 2024년부터 래미안 아파트 단지에 우선 도입.
  • 저탄소 콘크리트 기술 상용화: 삼성물산은 시멘트 사용 비중을 최소화하여 탄소 배출을 획기적으로 줄인 저탄소 콘크리트를 개발하였으며, 이를 평택 반도체 사업장 등 국내 현장에 적극 도입.

3. 시멘트 업계의 대응

  • 시멘트 업계의 친환경 투자: 쌍용C&E, 한일시멘트, 아세아시멘트 등 주요 시멘트 기업들은 소성로(킬른) 개조 공사를 진행하며, 온실가스 배출량 감축을 위한 대규모 투자를 감행.
  • ESG 평가 등급 상승: 삼표시멘트는 한국ESG기준원이 발표한 2024년 ESG 평가에서 '통합 A등급'을 획득하며, 시멘트 업계 중 유일하게 2년 연속 전 부문 A등급 이상을 받았음.

4. 공격적인 친환경 전환의 이점

  • 장기 파트너십 형성: 건설사들이 친환경 자재 사용을 선호함에 따라, 공격적으로 친환경 전환을 추진하는 시멘트 기업들은 주요 건설사들과의 장기적인 파트너십을 형성할 가능성이 높음.
  • 시장 경쟁력 확보: ESG 경영을 강화하는 건설사들의 요구에 부응하여 저탄소 시멘트를 공급하는 기업들은 시장에서의 경쟁력을 높일 수 있음.

이러한 사례들은 국내 건설사들이 ESG 경영을 강화하면서 저탄소 시멘트 사용을 선호하고 있음을 보여주며, 친환경 전환을 적극 추진하는 시멘트 기업들이 향후 건설사들과의 협력에서 유리한 위치를 차지할 수 있음을 시사.

 

 

 

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