카테고리 없음

한국 시멘트 산업의 CCS

energyresearch 2024. 12. 24. 10:28

한국의 탄소 중립 목표를 달성하기 위해 철강, 시멘트, 화학 부문은 산업 부문에서 가장 중요한 역할을 맡고 있다. 이들 세 부문은 전체 산업 부문 온실가스 배출의 70% 이상을 차지하며, 저탄소 기술의 채택과 빠른 에너지 전환이 절실하다. 각각의 산업 부문은 특화된 감축 전략과 기술이 요구되며, 이를 기반으로 탄소 중립 목표를 향해 나아가야 한다.

 

먼저 철강 부문은 저탄소 철강 생산 기술로의 전환이 핵심이다. 기존의 석탄 기반 고로(BF) 공정을 대체하기 위해 수소 기반 직접환원철 전기로(DRI-EAF-H2) 기술이 도입될 예정이다. 이 기술은 수소를 환원제로 사용해 철을 생산하며, 탄소 배출량을 대폭 줄일 수 있는 가장 유망한 대안으로 평가받고 있다. 또한, 철강 생산 과정에서 고철을 재활용하는 전기로(EAF-scrap) 기술도 적극 활용되어 추가적인 감축 효과를 제공한다. CCS 기술 역시 철강 부문에서 중요한 역할을 한다. CCS를 활용하면 철강 생산에서 발생하는 이산화탄소를 효과적으로 포집 및 저장할 수 있으며, 이는 철강 부문의 탄소 배출량을 최대 94%까지 줄이는 데 기여할 수 있다.

 

화학 부문은 바이오매스 기반 화학 생산 기술이 주요 전략으로 부각된다. 화학 부문에서 배출량을 줄이는 동시에 음의 배출(negative emissions)을 실현하기 위해, 폐기물, 농업 잔여물, 바이오에너지 작물과 같은 바이오매스를 원료로 사용하는 방안이 제안되었다. 특히 바이오매스 기반 플라스틱은 탄소를 고정화하는 효과를 가져오며, 이는 다른 산업에서 남은 배출량을 상쇄하는 데 중요한 역할을 한다. 또한, 화학 부문에서는 CCS 기술을 혼합 활용하여 연소 과정에서 발생하는 배출량을 줄일 수 있다. 여기에 더해, 재생 가능 에너지 기반의 수소를 활용하여 화석 연료의 사용을 줄이고, 공정 전반의 에너지 전환을 가속화할 수 있다.

 

시멘트 부문은 석탄 의존도를 줄이고, CCS 기술과 수소 및 재생 가능 에너지를 활용하여 탈탄소화를 실현하는 데 중점을 둔다. 클링커 제조 과정은 시멘트 생산에서 가장 많은 배출을 유발하는 공정으로, 이 과정에서 발생하는 이산화탄소를 CCS 기술로 포집하여 저장하는 것이 중요하다. 이를 통해 시멘트 부문은 배출량의 약 60%를 감축할 수 있다. 또한, 고온 공정에서 석탄을 대체하기 위해 바이오매스, 폐기물 연료, 재생 가능 에너지를 활용하는 기술이 도입될 예정이다. 2050년까지 열과 재생 가능 에너지 사용 비율은 63%로 증가할 것으로 예상되며, 이는 석탄 사용의 감소와 맞물려 시멘트 산업의 배출량 감축에 크게 기여할 것이다. 폐열 회수 및 폐기물 연료화 기술 역시 시멘트 산업의 에너지 효율성을 극대화하고 추가적인 감축 효과를 낼 수 있는 중요한 요소로 평가된다.

 

이들 세 산업 부문에서 공통적으로 중요한 요소는 CCS, 수소, 재생 가능 에너지, 그리고 바이오매스 기술의 활용이다. CCS 기술은 공정 배출과 연료 연소 배출을 동시에 줄일 수 있는 가장 효과적인 기술 중 하나로, 각 산업 부문에서 탈탄소화를 달성하는 데 핵심적인 역할을 한다. 수소 기술은 고온 공정과 화석 연료 대체에 적합하며, 재생 가능 에너지 기반 수소(그린 수소)의 도입이 이를 가능하게 한다. 바이오매스는 재생 가능한 자원으로, 화학 및 시멘트 부문에서 탄소 배출을 줄이는 데 효과적이다. 이러한 기술들은 서로 보완적으로 작용하며, 단일 기술에 의존하지 않고 다양한 대안을 조합하여 사용하는 것이 중요하다.

 

또한, 탄소 가격 상승은 이러한 기술들의 도입을 가속화하는 중요한 경제적 요인으로 작용한다. 탄소 배출 비용이 높아짐에 따라 화석 연료 기반 공정의 비용 부담이 증가하고, CCS 및 재생 가능 에너지 기술의 경제성이 상대적으로 향상된다. 이를 통해 각 산업 부문은 탈탄소화를 위한 기술 도입을 경제적으로 더 매력적인 선택으로 고려할 수 있게 된다. 다만, 이러한 기술들의 초기 투자 비용이 높기 때문에 정부의 강력한 정책적 지원이 필요하다. 예를 들어, CCS와 재생 가능 에너지 기술 도입을 지원하기 위한 보조금, 세금 혜택, 저금리 대출 프로그램 등이 효과적일 것이다.

 

마지막으로, 기술 개발과 혁신이 탈탄소화의 성공을 좌우할 중요한 요소로 꼽힌다. CCS, 수소, 재생 가능 에너지 기술의 상용화를 위해 연구개발(R&D)과 실증 프로젝트가 필수적이며, 산업 간 협력을 통해 비용을 절감하고 기술 전환 속도를 높여야 한다. 철강과 화학 부문은 CCS와 수소 기술을 공유할 수 있으며, 시멘트와 화학 부문은 바이오매스 공급망을 공동으로 활용할 수 있다. 이를 통해 각 산업 부문은 개별적으로뿐만 아니라 상호 협력적으로 탄소 중립 목표를 달성할 수 있다.

결론적으로, 철강, 화학, 시멘트 부문은 한국의 탄소 중립 목표 달성을 위한 핵심 산업으로, 각각의 산업에 맞는 전략과 기술 도입이 필요하다. 이들 부문에서의 성공은 CCS, 수소, 재생 가능 에너지, 바이오매스 기술의 적절한 조합과 정부의 정책적 지원에 달려 있다. 이를 통해 한국은 2050년 탄소 중립 목표를 효과적으로 달성할 수 있을 것이다.

 

 

핵심 산업의 기여와 세부 전략

1. 철강 부문

  • 저탄소 철강 생산 기술 전환:
    • 철강 부문은 전체 온실가스 배출의 상당 부분을 차지하며, 이를 줄이기 위해 수소 기반 직접환원철 전기로(DRI-EAF-H2) 기술이 핵심 대안으로 제시된다.
    • 이 기술은 기존의 석탄 기반 고로(BF) 공정을 대체하며, 수소를 환원제로 사용해 철을 생산함으로써 CO₂ 배출을 대폭 줄일 수 있다.
    • 2050년까지 철강 생산의 약 **40~55%**가 이 기술로 전환될 것으로 예상된다(NZ2050 및 CCS 제한 시나리오 기준).
  • 고철 재활용:
    • 전기로(EAF-scrap)를 활용해 고철을 재활용함으로써 추가적인 탄소 배출을 줄일 수 있다.
    • 고철 재활용은 철강 생산에서 에너지 소비를 줄이고 배출량 감소에 크게 기여하며, 2050년까지 철강 생산의 약 30%를 차지할 것으로 전망된다.
  • CCS 도입:
    • CCS 기술은 고로(BF) 공정과 DRI 공정에서 발생하는 CO₂를 포집해 저장함으로써, 철강 부문에서 약 **94%**의 감축을 가능하게 한다.
    • CCS와 DRI-EAF-H2의 조합은 철강 부문 탈탄소화의 핵심 전략이다.

2. 화학 부문

  • 바이오매스 기반 화학 생산:
    • 화학 부문은 바이오매스를 원료로 사용해 CO₂ 배출을 줄이고, 심지어 **음의 배출(negative emissions)**을 실현할 수 있다.
    • 바이오매스 기반 화학 생산은 폐기물, 농업 잔여물, 바이오에너지 작물 등을 활용하며, 이를 통해 기존의 석유 기반 화학 공정을 대체한다.
    • 바이오매스 기반 플라스틱과 같은 화학 제품은 탄소를 고정화하여 음의 배출을 가능하게 한다.
  • CCS와 혼합 활용:
    • 화학 부문은 연소 과정에서 CCS를 도입하여 화석연료 연소로 인한 배출을 줄일 수 있다.
    • CCS와 바이오매스의 조합은 화학 부문에서 2050년까지 음의 배출을 가능하게 하며, 이는 다른 부문(예: 시멘트, 철강)에서 남은 배출을 상쇄할 수 있다.
  • 수소 에너지 활용:
    • 전력화와 함께 수소를 에너지원으로 활용하여 에너지 전환을 가속화한다.
    • 특히 재생 가능 에너지 기반의 수소(그린 수소)를 도입함으로써 화석 연료 사용을 최소화한다.

3. 시멘트 부문

  • 수소 및 재생 가능 에너지 활용:
    • 시멘트 산업은 고온의 열을 필요로 하는 공정에서 석탄을 대체하기 위해 수소와 재생 가능 에너지를 사용한다.
    • 2020년 기준 석탄은 에너지 소비의 65%를 차지했으나, 2050년까지 10% 이하로 감소할 것으로 예상된다.
    • 대신, 열과 재생 가능 에너지(태양열, 풍력, 바이오매스, 폐기물 연료 등)의 비중은 63%까지 증가할 것이다.
  • CCS 기술 도입:
    • 클링커 제조 과정에서 발생하는 CO₂를 포집하고 저장하는 CCS 기술이 시멘트 부문에서 필수적이다.
    • 2050년까지 CCS 기술을 통해 시멘트 부문의 CO₂ 배출량의 약 60%를 줄일 수 있으며, CCS는 이 부문의 탄소 중립 목표 달성에 핵심 역할을 한다.
    • CCS를 활용하면 고온 공정에서 배출되는 이산화탄소를 효율적으로 관리할 수 있다.
  • 열 재활용 및 폐기물 연료화:
    • 폐타이어, 폐플라스틱 등의 폐기물을 연료로 활용하는 기술이 도입되어, 재생 가능 에너지의 활용도를 높이고 석탄 사용을 대체한다.
    • 이러한 접근은 시멘트 공정의 에너지 효율성을 극대화하며, 추가적인 배출량 감축을 가능하게 한다.

4. 세 부문의 공통적 요소

  • R&D와 기술 상용화:
    • 철강, 화학, 시멘트 부문 모두에서 CCS와 재생 가능 에너지 기술의 상용화 및 비용 절감을 위해 연구개발(R&D)과 실증 프로젝트가 필수적이다.
    • 특히, 수소 기반 기술의 비용 절감과 바이오매스 및 폐기물 기반 연료의 안정적 공급망 구축이 필요하다.
  • 정책적 지원:
    • 각 부문에서 탈탄소화를 가속화하려면 정부의 강력한 정책 지원이 필요하다.
    • 세금 인센티브, 보조금, 저금리 대출, 탄소 가격 제도 등이 각 산업 부문에서 탈탄소 기술 채택을 유도할 수 있다.
  • 산업 간 협력:
    • 철강과 화학 부문은 CCS 기술과 수소 기반 기술을 공유할 수 있으며, 시멘트와 화학 부문은 바이오매스 공급망을 공동으로 활용할 수 있다.
    • 이러한 협력은 기술 비용을 절감하고 탈탄소 전환 속도를 높이는 데 기여한다.

결론

철강, 화학, 시멘트 부문은 한국 산업의 탄소 배출 감축에서 가장 중요한 역할을 하며, 각 부문은 저탄소 기술 채택과 에너지 전환을 통해 70% 이상의 감축 목표를 달성할 수 있다. 이를 위해 CCS, 수소, 바이오매스, 재생 가능 에너지 기술을 결합한 다각적 접근이 필요하며, 정부와 산업 간 협력이 성공적인 전환을 보장할 핵심 요인으로 작용한다.

 

 

 

시멘트 산업의 시나리오별 분석

1. NZ2050 (표준 탄소 중립 시나리오)

  • CCS 기술 도입과 석탄 사용량 감소:
    • 이 시나리오에서는 CCS 기술이 광범위하게 도입되며, 이를 통해 석탄 사용량이 급감한다.
    • 석탄 사용 비율은 2020년 약 65%에서 2050년에는 10% 미만으로 감소할 것으로 예상된다.
  • 재생 가능 에너지와 열 에너지 사용 확대:
    • 석탄을 대체하기 위해 재생 가능 에너지(태양열, 풍력, 바이오매스 등)와 열 에너지의 사용이 급격히 확대된다.
    • 열 에너지와 재생 가능 에너지 사용 비율은 2020년 21%에서 2050년 63%로 증가한다.
  • CCS 시스템의 전력 소비:
    • 시멘트 산업에서 전력 소비의 **93%**가 CCS 시스템 가동에 사용된다.
    • 이는 CCS 기술이 클링커 생산에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 데 필요한 대규모 에너지를 요구하기 때문이다.
  • 배출량 감소 효과:
    • CCS 기술의 도입으로 인해 시멘트 부문의 총 배출량은 큰 폭으로 감소한다.
    • 이는 CCS가 공정 배출과 연료 연소 배출 모두를 줄이는 데 매우 효과적임을 보여준다.

2. NZ2050_lowH2 (수소 제한 시나리오)

  • 수소 기술 제한의 영향:
    • 이 시나리오에서는 수소 기술 발전이 제한되어 2050년까지 수소 생산 비용이 감소하지 않는 것으로 가정된다.
    • 그러나 시멘트 부문은 수소 기술에 크게 의존하지 않기 때문에, 감축 목표에 미치는 영향은 미미하다.
  • CCS와 재생 가능 에너지의 중요성:
    • CCS 기술과 재생 가능 에너지가 주된 탈탄소화 옵션으로 사용되며, 이를 통해 배출량 감축 목표를 달성한다.
    • CCS 기술은 여전히 주요 역할을 하며, 전력 소비 구조도 NZ2050 시나리오와 크게 다르지 않다.
  • 수소 의존성 감소:
    • 시멘트 산업이 수소 기술에 크게 의존하지 않음을 보여준다.
    • 이는 시멘트 부문이 다양한 탈탄소화 기술(예: CCS, 재생 가능 에너지)을 활용하여 수소 제한 시나리오에서도 효과적으로 탄소 배출을 줄일 수 있음을 시사한다.

3. NZ2050_limCCS (CCS 제한 시나리오)

  • CCS 도입 제한의 영향:
    • 이 시나리오에서는 CCS 기술 도입이 제한되며, 비용이 약 2.5배 더 높게 설정된다.
    • 이에 따라 시멘트 부문에서 CCS의 활용이 크게 줄어들고, 감축 속도가 둔화된다.
  • 배출량 증가:
    • CCS 기술이 제한되면서, 클링커 제조 과정에서 발생하는 공정 배출량을 줄이는 데 어려움을 겪는다.
    • 이로 인해 시멘트 부문에서의 배출량 감소 폭이 줄어들며, 총 배출량이 증가한다.
  • 다른 산업 부문에 전가되는 감축 부담:
    • 시멘트 부문에서의 감축이 제한되므로, 다른 산업(특히 화학 산업)이 추가적인 감축 부담을 떠안게 된다.
    • 화학 부문은 바이오매스 기반 연료 전환을 통해 음의 배출(negative emissions)을 확대해야 하며, 이를 통해 전체 감축 목표를 달성한다.
  • 재생 가능 에너지 의존성 증가:
    • CCS 기술 도입이 제한되면서, 시멘트 산업은 재생 가능 에너지와 열 에너지에 더욱 크게 의존한다.
    • 이를 통해 화석연료 사용을 줄이고 탄소 배출을 간접적으로 감축하려는 노력이 강화된다.

4. 주요 시사점

  • CCS 기술의 중요성:
    • NZ2050 시나리오와 NZ2050_lowH2 시나리오에서는 CCS 기술이 감축 목표 달성에 중요한 역할을 한다.
    • CCS가 제한될 경우, 시멘트 부문은 목표를 달성하기 위해 더 많은 비용과 자원을 투입해야 한다.
  • 수소 기술의 영향 제한적:
    • 수소 기술 제한 시나리오(NZ2050_lowH2)는 시멘트 부문에 큰 영향을 미치지 않는다.
    • 이는 시멘트 부문이 수소 기술보다 CCS와 재생 가능 에너지에 더 의존적임을 나타낸다.
  • 산업 간 상호작용:
    • CCS 기술이 제한될 경우, 시멘트 부문에서 줄어들지 못한 감축량은 화학 부문과 같은 다른 산업에서 보완해야 한다.
    • 따라서 전체 산업 탈탄소화는 산업 간의 협력과 통합적인 접근이 필수적이다.

 

 

 

5. 시멘트 산업 주요 전략 및 기술

  • 수소 및 재생 가능 에너지 활용: 시멘트 산업에서 열 생산을 위한 수소와 재생 가능 에너지를 사용하는 것이 강조된다. 석탄 의존도를 줄이고 저탄소 대안을 채택하는 것이 핵심이다.
  • 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술:
    • CCS 기술은 시멘트 부문에서 가장 경제적인 감축 수단으로 제안된다.
    • 시멘트 생산 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 저장함으로써 전체 배출량의 약 60%를 줄이는 것을 목표로 한다.

6. 에너지 소비 변화

  • 화석연료 감소: 석탄의 비율은 2020년 65%에서 2050년 10%로 급감할 것으로 예상된다.
  • 열과 재생 가능 에너지:
    • 열과 재생 가능 에너지 사용 비율은 2020년 21%에서 2050년 63%로 증가한다.
    • 시멘트 산업은 기존 화석 연료 기반 공정을 대체하기 위해 고온 공정에 적합한 재생 가능 에너지 기술을 도입한다.

7. 시나리오별 분석

  • NZ2050 (표준 탄소 중립 시나리오):
    • CCS 기술 도입으로 석탄 사용량은 급감하고, 열과 재생 가능 에너지 사용이 대폭 확대된다.
    • 전력 소비의 93%가 시멘트 CCS 시스템에 사용되며, 이로 인해 총 배출량이 크게 줄어든다.
  • NZ2050_lowH2 (수소 제한 시나리오):
    • 수소 기술 제한이 시멘트 부문에 미치는 영향은 크지 않으며, CCS와 재생 가능 에너지를 통해 감축 목표에 도달한다.
    • 이는 시멘트 산업이 수소 기술에 크게 의존하지 않아도 다양한 탈탄소화 옵션을 활용할 수 있음을 보여준다.
  • NZ2050_limCCS (CCS 제한 시나리오):
    • CCS 도입이 제한될 경우, 시멘트 부문의 감축 속도가 둔화되며 배출량이 증가한다.
    • 이 경우 다른 산업(특히 화학 부문)에서 더 많은 감축 부담을 떠안아야 한다.

8. 경제적 고려사항

  • 탄소 가격 상승: 탄소 가격이 상승함에 따라 CCS 기술의 경제성이 높아져 시멘트 부문에 도입 가능성이 더 커진다.
  • 다양한 저탄소 대안의 필요성:
    • 수소, CCS, 전력화, 열과 재생 가능 에너지 등 다각적인 기술 조합이 필요하다.
    • 단일 기술에 대한 의존을 줄이고 여러 기술 간 균형 있는 접근이 강조된다.

9. 정책적 시사점

  • CCS 및 재생 가능 에너지에 대한 지원 확대:
    • 시멘트 부문에서 CCS 도입을 가속화하기 위한 행정적 및 재정적 지원이 필요하다.
    • 특히, 열 생산에 적합한 재생 가능 에너지 기술 도입을 촉진하는 정책이 요구된다.
  • 기술 개발 및 혁신:
    • CCS 기술의 경제적 비용을 줄이고, 수소 및 재생 가능 에너지 기반 기술을 상용화하기 위한 연구개발(R&D)과 실증 프로젝트를 적극적으로 지원해야 한다.

 

 

10. CCS 기술의 중요성

  • CCS 기술은 시멘트 산업에서 감축 잠재력이 가장 큰 기술 중 하나로, 시멘트 생산 공정에서 직접 배출되는 **프로세스 배출(Process Emissions)**을 줄이는 데 매우 효과적이다.
    • 시멘트 생산 과정에서 **클링커(clinker)**를 제조할 때 석회석이 고온에서 열분해되어 다량의 CO₂가 배출된다. 이는 전체 시멘트 배출의 약 **60~65%**를 차지한다.
    • 이러한 프로세스 배출은 화석연료 사용에서 발생하는 배출과는 달리 공정 자체에서 발생하므로, CCS와 같은 기술적 대안 없이는 감축이 매우 어렵다.

11. CCS 기술의 적용 방식

  • CCS는 두 가지 주요 단계를 통해 작동한다.
    1. 이산화탄소 포집: 클링커 제조 공정에서 배출되는 CO₂를 포집하여 대기 중으로 방출되지 않도록 한다.
      • 포집 방법: 배출가스에서 CO₂를 선택적으로 분리하는 기술이 사용된다. 대표적으로 흡수(chemical absorption), 흡착(adsorption), 막 분리(membrane separation) 기술이 적용된다.
      • 포집된 CO₂는 압축 및 액화 과정을 거쳐 저장 준비를 마친다.
    2. 이산화탄소 저장: 포집된 CO₂를 지하의 안정적인 저장소(예: 염수층, 폐유전, 폐가스전 등)에 주입하여 장기간 보관한다.
      • 저장소는 고압 상태에서 CO₂를 안정적으로 저장할 수 있도록 설계되며, 누출 가능성을 방지하기 위한 지속적인 모니터링이 필요하다.

12. CCS 도입의 경제성

  • 탄소 가격 상승과 더불어 CCS 기술은 점점 더 경제적으로 매력적인 대안으로 부상하고 있다.
    • 탄소 가격 메커니즘: 탄소 배출에 따른 비용 부담이 증가함에 따라, CCS 기술의 초기 투자비용은 탄소 감축으로 인한 비용 절감 효과로 상쇄될 가능성이 높다.
    • 규모의 경제: 기술이 점차 상용화되고 도입이 확대될수록, 단위당 CCS 비용이 감소할 것으로 기대된다.
  • 한국의 탄소 중립 시나리오(NZ2050)에서는 CCS가 시멘트 부문에서 배출량의 약 60%를 감축하는 데 기여할 것으로 전망된다.

13. CCS 기술 도입의 장점

  • 고온 공정 적합성: CCS 기술은 시멘트 산업의 고온 생산 공정에 적합한 유일한 탈탄소화 옵션 중 하나로 간주된다.
  • 기존 공정과의 통합 가능성: 기존의 시멘트 생산 공정에 비교적 쉽게 통합될 수 있으며, 이를 통해 전체 공정의 재설계 없이 탈탄소화를 달성할 수 있다.
  • 온실가스 배출의 대규모 감축: CCS 기술은 화석연료 사용과 공정 배출에서 동시에 CO₂를 포집할 수 있으므로, 감축 잠재력이 매우 크다.

14. 정책적 지원 필요

  • 재정적 지원: CCS 기술은 초기 투자 비용이 높으므로, 정부 차원의 보조금, 세금 혜택, 저리 대출 프로그램이 필요하다.
  • 규제 프레임워크: CCS 기술의 안전한 도입과 운영을 보장하기 위해 적절한 법적 규제와 표준이 필요하다.
  • 기술 연구 및 개발(R&D): CCS 기술의 경제성을 높이고 효율성을 개선하기 위한 연구개발이 필수적이다.

15. CCS 기술의 한계

  • 높은 비용: 초기 설치 및 운영 비용이 높아 경제적 부담이 크다.
  • 에너지 요구량 증가: CO₂ 포집 및 압축 과정에서 추가적인 에너지 소비가 필요하다.
  • 지하 저장소 부족 문제: 포집된 CO₂를 저장할 적합한 장소를 확보하는 데 어려움이 있을 수 있다.

 

 

16. 화석연료 감소

  • 석탄 사용 감소: 시멘트 산업에서 사용되는 주요 화석연료인 석탄은 현재 높은 비율을 차지하지만, 탄소 배출 감축 목표에 따라 점차 줄어들 것으로 예상된다.
    • 2020년 기준 석탄은 시멘트 에너지 소비의 약 **65%**를 차지했으나, 2050년까지 10% 이하로 감소할 것으로 전망된다.
    • 이는 높은 탄소 가격 정책과 더불어, CCS 기술 및 재생 가능 에너지로의 전환이 가속화되기 때문이다.
    • 석탄을 대체하는 에너지로 수소와 바이오매스가 주목받고 있으며, 이로 인해 시멘트 산업의 탄소 집약도가 크게 낮아질 것이다.
  • 화석연료 의존도 감소: 석탄뿐만 아니라 석유 및 천연가스 등 다른 화석연료도 점진적으로 퇴출되며, 이들 에너지는 재생 가능 에너지와 탄소 중립 대안으로 대체된다.

17. 열과 재생 가능 에너지 사용 확대

  • 열 에너지의 활용:
    • 시멘트 산업의 고온 공정(예: 클링커 제조)은 대규모 열 에너지를 요구한다.
    • 기존 화석연료 기반의 열 생산을 대체하기 위해 열에 적합한 재생 가능 에너지 기술이 도입된다.
    • 대표적인 예로는 지속 가능 바이오매스 연료(농업 잔류물, 목재 폐기물 등)를 활용하거나 폐기물 연료화(Waste-to-Energy) 기술이 있다.
  • 재생 가능 에너지의 비중 증가:
    • 2020년 기준 시멘트 산업에서 열과 재생 가능 에너지가 차지하는 비율은 약 **21%**에 불과했으나, 2050년까지 **63%**로 확대될 것으로 보인다.
    • 이는 태양열, 풍력, 바이오매스, 폐기물 연료 등을 기반으로 한 에너지 시스템 도입 덕분이다.
    • 특히 폐플라스틱, 폐타이어 등 고체 폐기물을 연료로 사용하는 폐기물 연료화 기술이 에너지 소비를 효율적으로 탈탄소화하는 데 중요한 역할을 한다.
  • 수소와 전기의 도입:
    • 시멘트 생산 공정에서 재생 가능 에너지로 생성된 수소 기반 열 및 **전기화(Electrification)**가 적극적으로 도입될 것이다.
    • 이로 인해 화석연료 기반 열원을 대체하고, 시멘트 공장의 에너지 소비 구조를 탄소 중립적으로 전환할 수 있다.

18. 에너지 소비 변화의 기술적 측면

  • 고온 공정에 적합한 기술 도입:
    • 시멘트 제조는 1450℃ 이상의 고온이 필요한 클링커 공정 때문에, 열에너지 전환이 어렵다는 특성이 있다.
    • 이를 해결하기 위해, 고온에 적합한 바이오매스 연료와 수소 연료가 사용된다.
    • 또한, 전력 기반 기술로 전환하는 연구도 진행되고 있으며, 전기화된 가마(kiln)나 고효율 전기 히터 도입이 검토되고 있다.
  • 열 재활용 기술:
    • 시멘트 생산 공정에서 배출되는 폐열을 회수하여 에너지 효율을 높이는 열 재활용 기술이 도입될 것이다.
    • 이 기술은 배출가스를 통해 손실되는 에너지를 재활용하여 열원으로 활용하며, 전체 에너지 소비를 줄이는 데 기여한다.

19. 재생 가능 에너지 확대의 경제적 및 정책적 요인

  • 경제적 요인:
    • 탄소 가격 메커니즘은 화석연료의 사용 비용을 증가시키고, 재생 가능 에너지 사용의 경제적 경쟁력을 높인다.
    • 재생 가능 에너지 기술의 초기 투자 비용은 크지만, 장기적으로는 화석연료 대비 운영비용이 감소한다.
  • 정책적 지원:
    • 정부는 재생 가능 에너지 전환을 위한 보조금, 세제 혜택, 저금리 대출 프로그램 등을 제공하여 시멘트 산업이 에너지 소비 구조를 빠르게 전환하도록 유도한다.
    • 재생 가능 에너지 기반의 열 및 전력 기술 개발을 위한 연구개발(R&D)과 실증 프로젝트도 적극적으로 지원된다.

 

 

20. 경제적 고려사항

1. 탄소 가격 상승

  • 탄소 가격과 CCS 기술의 경제성:
    • 탄소 가격이 상승하면 화석연료 기반 공정의 비용 부담이 증가하여 CCS 기술의 상대적인 경제성이 높아진다.
    • 예를 들어, 시멘트 산업의 주요 공정인 클링커 제조는 높은 탄소 배출을 동반하기 때문에 탄소 가격이 높아질수록 CCS 도입을 통한 감축 비용이 기존 공정보다 더 경제적일 수 있다.
    • 탄소 가격 상승은 배출 감소가 비용 측면에서 더 매력적인 대안으로 전환될 수 있는 계기가 된다.
  • 탄소 시장과 시멘트 산업:
    • 탄소 배출에 따른 추가적인 비용이 배출권 거래 시장에서 직접적으로 반영되므로, 배출량을 줄이는 기술적 선택지가 경제적으로 유리하게 작용한다.
    • 시멘트 산업은 탄소 배출 강도가 높은 만큼, 탄소 가격 상승의 영향을 가장 크게 받을 수 있는 부문 중 하나이다.

2. 다양한 저탄소 대안의 필요성

  • 다각적 기술 조합의 중요성:
    • 단일 기술에 의존하는 것은 특정 기술의 발전이 지연될 경우 산업 전체의 감축 목표를 달성하지 못할 위험이 있다.
    • 이를 방지하기 위해 수소, CCS, 전력화, 재생 가능 에너지, 폐기물 연료 등 다양한 기술의 균형 있는 조합이 필요하다.
  • 기술 간 상호 보완성:
    • CCS 기술은 화석연료 및 공정 배출에서 효과적으로 CO₂를 감축하지만, 고온 공정의 열원으로는 수소와 재생 가능 에너지가 필요하다.
    • 수소와 전력화를 통해 기존 화석연료 열원을 대체하고, CCS와 함께 사용하여 배출량을 극대화로 줄이는 상호 보완적인 효과를 기대할 수 있다.
  • 경제적 효율성 극대화:
    • 기술 비용과 효과성을 고려해 다양한 대안을 선택할 수 있는 유연한 접근이 필요하다.
    • 예를 들어, 초기에는 CCS와 바이오매스를 활용하고, 장기적으로 수소와 전력화 기술의 비중을 늘리는 방식으로 전환할 수 있다.

21. 정책적 시사점

1. CCS 및 재생 가능 에너지에 대한 지원 확대

  • 행정적 지원:
    • CCS 기술과 재생 가능 에너지 기술 도입을 가속화하기 위해 정책적 지원이 필수적이다.
    • 예를 들어, 탄소 감축 목표를 법적 강제력으로 설정하고, CCS 설비 구축에 필요한 허가 절차를 간소화하는 것이 효과적이다.
    • CCS 기술 프로젝트를 신속히 실행할 수 있도록 패스트 트랙(Fast Track) 시스템을 도입해 행정적 지연을 최소화해야 한다.
  • 재정적 지원:
    • CCS 및 재생 가능 에너지 기술의 초기 투자 비용을 보조할 수 있도록 정부가 적극적인 재정 지원을 제공해야 한다.
      • 저금리 대출 프로그램을 통해 기업이 CCS 설비를 설치할 수 있도록 금융적 부담을 줄이는 것이 중요하다.
      • 특정 탄소 저감 기술에 대한 차별화된 보조금 정책을 시행해, 감축 효과가 높은 기술을 우선적으로 지원할 수 있다.
    • 예: 미국 **IRA(Inflation Reduction Act)**에서 CCS와 청정 에너지 프로젝트에 대한 세금 혜택 제공 사례를 참고할 수 있다.
  • 열 생산에 적합한 재생 가능 에너지 도입:
    • 시멘트 산업은 고온 열 생산이 필수적이므로, 이에 적합한 재생 가능 에너지 기술 개발과 도입을 촉진하는 정책이 필요하다.
    • 예를 들어, 폐기물 연료화(Waste-to-Energy) 기술, 바이오매스 연료 전환 등을 지원하는 프로그램을 통해 열 에너지 생산의 탈탄소화를 유도할 수 있다.

2. 기술 개발 및 혁신

  • R&D와 실증 프로젝트 확대:
    • CCS, 수소, 재생 가능 에너지 기술의 상용화를 위해 **연구개발(R&D)**과 실증 프로젝트에 대한 지원이 필요하다.
    • 예를 들어:
      • CCS 기술의 포집 및 저장 비용을 줄이고 효율을 높이는 기술 개발.
      • 수소 연료 생산 비용을 낮추고, 이를 대규모로 생산할 수 있는 재생 가능 에너지 기반 수전해 기술에 투자.
      • 폐기물을 활용한 재생 가능 열 에너지 기술 개발.
  • 산업 간 협력 강화:
    • 시멘트 산업과 화학 산업은 CCS 및 수소 기술을 공유함으로써 기술 개발 비용을 절감하고 도입 속도를 높일 수 있다.
    • 예: 화학 산업에서 개발된 바이오매스 기반 기술을 시멘트 공정에도 활용.
  • 장기적 감축 경로 설정:
    • 시멘트 산업의 감축 경로를 명확히 설정하고, 기술 발전 단계에 맞는 목표를 세워 기술 전환의 속도를 조율해야 한다.
    • 예를 들어, 초기에는 CCS를 중심으로 탈탄소화를 추진하고, 이후 재생 가능 에너지와 수소 기술로 전환하는 방식.

'카테고리 없음'의 다른글

  • 현재글한국 시멘트 산업의 CCS

티스토리툴바