탄소중립 핵심분야 R&D에 민관 협력 필요
탄소 자원화를 통한 상용화 제품 확대 기대
2050년 청정수소 자급률 60% 목표 달성
"민간이 끌고 정부가 미는 역동적 경제가 힘입니다." 윤석열 정부가 강조한 국정목표의 한 축이다. 정부의 간섭은 최대한 줄이고 시장의 효율성을 최대한 활용해 미래 먹거리를 민간과 함께 만들어가겠다는 얘기다. 글로벌 기술 경쟁력을 확보하기 위해서는 국가의 역할이 아직은 중요하다. 다만 민간 역시 함께 뛰어들 수 있도록 토대를 만들자는 게 새 정부의 목표다. <뉴스핌>은 민간과 정부가 함께 그려가야 할 초격차 전략기술의 방향을 짚어보고자 한다.
[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 앞으로 78년밖에 남지 않았다. 기후변화에 관한 정부간 협의체인 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)는 2100년까지 지구 평균온도 상승폭을 1.5℃로 억제해야 한다는 목표를 2015년 파리협정에서 설정했다.
상승폭이 그 이상일 경우에는 생태계 및 인간계는 '매우 높은 위험'에 맞닥들이게 될 것으로 예측됐다. 대규모 기상이변에 대한 위협도 동반된다. 만약 2℃만 높아져도 북극 해빙이 완전소멸되는 빈도는 100년에 한번에서 10년에 한번으로 단축된다.
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| 인류의 끊이질 않는 온실가스 배출로 생태계 및 인간계 역시 자연 재해 등의 위협을 받게 생겼다. 이에 대비해 기후변화에 관한 정부간 협의체인 IPCC는 2100년까지 지구 평균온도 상승폭을 1.5℃로 억제해야 한다는 목표를 설정한 바 있다. [자료=게티이미지뱅크] 2022.06.07 biggerthanseoul@newspim.com |
결국 국제사회는 더이상 온실가스 배출을 좌시하지 않겠다는 입장이다. 2050년까지 남은 온실가스도 산림 등을 통해 흡수하거나 이산화탄소 포집 등을 통해 제거해 실질적인 배출량을 0(Zero) 상태로 만들겠다는 것이다. '넷 제로(Net-Zero)'라는 말이 나오는 이유다.
윤석열 정부 역시 탄소중립 실현에 팔을 걷었다. 이 과정에서 산업이 함께 살아날 수 있는 초격차 기술 개발이 병행돼야 한다는 게 새 정부의 의지이기도 하다. 정부 한 관계자는 "기업의 그린 전환을 가속화해야 한다"며 "탄소중립 한계기술을 돌파하기 위한 연구·개발(R&D)를 통해 경제가 위협받지 않도록 힘을 모아야 하는 중차대한 시기"라고 강조했다.
◆ 탄소중립 8대 핵심분야 R&D 통한 민관 '2인3각'
갈 길은 멀고 기술은 한계에 부딪혔다는 지적이 이어진다. 국제사회가 2050 탄소중립 실현을 외쳤지만 현실적인 난관을 극복하는 게 쉽지 않다는 얘기다.
국제사회의 온실가스 배출량 감축에 대한 요구가 늘어나면서 오는 2030년 온실가스 감축 목표는 2018년 대비 26.3%가 상향된 40.0% 수준에 달한다. 우리나라가 선진국 그룹으로 지위를 바꾸면서 국제사회 속에서 짊어져야 할 무게감이 더 커진 상황이다. 결국 차세대 탄소중립 혁신기술 확보를 위한 중·장기적인 R&D 사업이 필수적이다.
이에 발맞춰 과학기술정보통신부는 과학기술혁신을 통한 미래 탈탄소사회 전환에 힘을 쏟는 분위기다.
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| 2050 탄소중립을 위해 새 정부에서도 풍력, 태양광 등 8대 분야 탄소중립 기술에 대한 예비타당성 사업 추진에 한창이다. [자료=게티이미지뱅크] 2022.06.07 biggerthanseoul@newspim.com |
당초 ▲태양광 ▲풍력발전 ▲바이오에너지 ▲산업부산물 재자원화 ▲산업공정 효율화 ▲이차전지 ▲건물에너지 효율화 ▲디지털화 등 8대 핵심 분야의 원천기술이 요구되는 모습이다.
현재 기술선진국 수준으로 여겨지는 기술분야에 대해 세계 최고수준을 뛰어넘을 뿐더러 국외기술 및 소재에 대한 의존도를 낮추고 기술자립도를 강화해야 한다는 점이 강조된다. 기술을 보유하게 되며 미래기술을 선점해 기술패권 경쟁에서 우위를 점할 수 있을 것이라는 게 과학기술계의 바람이기도 하다.
차세대 태양전지 연구에서는 태양광 생산부터 보급까지 탄소제로를 위한 혁신기술이 요구된다. 초고성능 태양전지를 비롯해 도시형 태양광 시작품, 탄소저감형 신규 소재공정 기술 개발 등이 주인공이다. 초대형 풍력발전 선도 연구를 통해 20MW급 초대형 블레이드·발전기 등도 확보해야 향후 재생에너지의 효율성을 높일 수 있다.
수송용 바이오에너지에 대한 선도 연구를 진행하게 되면 수송 분야 탄소중립형 차세대 바이오에너지에 대한 혁신·원천기술 개발에서도 선도적인 위치를 확보할 수 있을 것으로 예상된다. 산업부산물 업사이클링 기술혁신연구를 통해 탄소순환형 대체원료 활용기술 및 부산물 재자원화 기술 역시 미래를 선도할 기술로 각광을 받는다.
차세대 산업용 가스·에너지 기술혁신 연구를 통해 차세대 산업공정 혁신기술 개발을 선도해야 한다는 에너지 업계의 요구도 이어진다. 그만큼 정부도 관련 연구를 활성화하기 위한 방안 마련에 한창이다.
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| 과학기술정보통신부는 차세대 모빌리티용 탄소중립세대 이차전지 등 탄소중립에 대응할 한계돌파형 이차전지 미래원천기술 개발에 나설 예정이다. [자료=게티이미지뱅크] 2022.06.07 biggerthanseoul@newspim.com |
탄소중립에 대응할 한계돌파형 이차전지 미래원천기술 개발 역시 미래를 선도하는 데 핵심요소로 꼽힌다. 차세대 모빌리티용 탄소중립세대 이차전지 개발, 이차전지 재활용 재생개술 개발 등이 해당한다.
플러스에너지건물 혁신·원천기술 개발은 건축업계의 바람이다. 건물단위 적용기술과 단위기술연계-통합관리 기술 등을 개발해 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 건축물 공급이 가능하기 때문이다.
디지털 에너지 그리도 연구 또한 빼놓을 수 없다. 탄소중립사회의 재생에너지 수용성을 높이기 위해 디지털 에너지 인프라를 구축해야 한다는 얘기는 끊임없이 나왔다. 정부도 모르는 얘기가 아니다. 차세대 배전망·전력전송 요소기술 개발에서 시작해 이종에너지 변환 및 디지털플랫폼 기술을 확보하고 종합 에너지 수용성 및 유연성 향상을 위한 차세대 전력인프라 및 플랫폼 구축이 뒤를 이어야 한다.
과기부는 기술적으로 탄소중립 달성을 위한 핵심 분야의 과학기술을 확보하고 탄소중립 국제 선도국 도약을 위한 기술 기반을 강화할 수 있을 것으로 내다봤다. 이 가운데 기업의 연구개발 시드형 기술을 제공해 국내 탄소중립 사회 전환을 민간과 함께 견인할 수 있을 것으로도 기대된다.
◆ 탄소 자원화를 통한 2030년 상용화 제품 '기대'
탄소중립을 위해 배출된 탄소를 흡수해 재활용하는 방식에도 힘이 실린다. 그동안의 이산화탄소 저감 대책이나 기술만으로는 탄소중립 달성이 불가능하다는 위기감 속에서 발생한 이산화탄소의 포집과 활용으로 제거하는 '이산화탄소 포집 및 재활용(CCU)'으로의 접근 방식 전환도 요구된다.
CCU 기술은 신재생에너지와 연계하거나 활용해 친환경 자원순환 측면 등에서 잠재력이 높은 탄소중립 수단으로 주목받는다. 실제 국제에너지기구(IEA)는 2020년에 '2070 글로벌 탄소중립 시나리오'에서 탄소포집(CCUS) 기술 기여도를 총 감축량의 15% 수준으로 제시한 바 있다.
현재 국내외적으로 CCU 기술은 실증단계에 머물러 있고 주요 선진국 대비 기술격차가 있는 편이다. CCUS 국내기술 수준만 보더라도 최고국인 미국 대비 80% 수준이며 기술격차는 5.0년 정도 뒤쳐진 것으로 분석된다.
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| 과학기술정보통신부는 지난달 31일 탄소중립 화학기술 연구협의체를 출범하고 CCU 등 탄소중립을 위한 기술 개발 및 협력을 논의했다. [자료=과학기술정보통신부] 2022.06.07 biggerthanseoul@newspim.com |
이미 지난해 정부도 'CCU 기술혁신 로드맵'을 발표했다. 상용화 제품군 및 차세대 원천기술군에 대한 중장기 마일스톤 도출, 공유를 목표로 두고 있다.
상용화를 목표로 하는 CCU 제품에는 ▲합성가스 ▲메탄올 ▲초산 ▲개미산 ▲옥살산 ▲디메틸카보네이트 ▲알킬렌카보네이트 ▲올레핀 ▲폴리카보네이트 ▲폴리우레탄 ▲이산화탄소 양생 및 반응경화시멘트 ▲이산화탄소 광물화 건설소재 ▲탄산칼슘 ▲중탄산나트륨 등이 있다.
다양한 이산화탄소 활용기술 중 기술경쟁력, 시장경쟁력 및 온실가스 감축 효과 등을 종합적으로 고려해 중점투자가 필요한 총 19개 중분류, 59개 중점기술도 선정했다.
다만 여전히 기술을 선도하기에는 한계가 많다. 이에 대해 과기부는 1조8000억원 규모의 중장기 예타사업을 산업부와 함께 지난해 하반기부터 준비중이다.
그동안 정부 주도로 지원한 CCU 원천기술 및 초기 실증 단계의 기술들이 실질적인 온실가스 감축으로 이어지도록 기업 현장에 적용하고 확산하는 것을 목표로 추진중이다.
CCU 기술개발 및 통합실증 사업이 예타를 통과하면 CCU 로드맵에서 도출된 중점 제품과 기술군을 CO2 활용 규모, 기술개발 및 상용화 수준에 따라 원천기술 확보 및 통합실증 차원에서 대규모로 지원한다는 것이 과기부의 계획이다.
◆ 청정수소 자급률 2030년 34%·2050년 60% '올인'
탄소 배출을 줄이는 간접적인 방안으로 수소를 활용해 에너지 원천을 대체하는 것이다. 다만 이 역시도 갈 길이 멀다. 수소차·연료전지 기술만 보면 국내 기업이 세계 최고 수준에 도달한 상태다. 생산·저장·운송 분야는 일본, 유럽연합(EU) 등 선도국를 따라가지는 못한다.
세계시장을 보더라도 2050년에는 12조달러 수준까지 확장한다. 기술만 확보한다면 기회 창출 차원에서 수소경제까지 구현할 수 있다.
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| 수소경제 이행 기본계획 개요 [자료=산업통상자원부 및 관계부처] 2022.06.07 biggerthanseoul@newspim.com |
과기부는 수소 소부장 기술 자립을 비롯해 초격차 원천기술 확보를 위한 R&D 전략 수립 및 범부처 R&D를 주도하고 인력양성, 국제 연구에도 박차를 가하겠다는 입장이다.
이를 토대로 2020년 기준 청정수소 자급률이 0%인 것에 반해 오는 2030년까지 청정수소 자급률을 34%까지 끌어올릴 계획이다. 2050년에는 청정수소 자급률을 60%까지 상승시키는 게 국정과제다.
당장 2030년 목표 실현을 위해 생산 측면에서 알칼라인·고분자전해질 수전해 장치의 성능향상 및 가격 절감 등을 통해 100MW급 수전해를 상용화한다는 게 정부의 구상이다. 국내에서 수소를 25만톤까지 생산할 계획이다.
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| 국내 연구진이 개발한 10kW 알칼라인 수전해 스택의 운전 조건을 확인하고 있는 모습. [자료=과학기술정보통신부] 2022.06.07 biggerthanseoul@newspim.com |
저장 차원에서 대량 해외수입에 필요한 액상 유기물, 암모니아 저장·추출 기술개발에 나설 예정이다. 또 안전한 대량 운송이 가능한 수소전용 배관망을 구축하고 저장탱크도 국산화한다는 계획이다. 이를 통해 200만톤 규모 해외수소를 도입하고 대용량·고효율 저장·운송 기술도 개발한다는 목표도 세워졌다.
이렇게 생산된 수소를 통해 차량·발전용 연료전지 촉매 및 전해질막 저가·고성능화를 실현할 수 있을 것으로 전망됐다. 이럴 경우 수소차 88만대, 충전소 660기 보급이 가능해진다. 또 수소 도시·항만·발전소 구축을 위한 핵심기술 개발 및 실증도 병행된다. 이를 토대로 암모니아(20%)·수소(50%) 혼소 발전 상용화도 가능해진다.
과기부는 수소 저가·대량생산 기술, 장거리·대용량 수소 저장·운송 기술, 고효율·장수명 연료전지 발전시스템 등 개발을 위해 출연연·대학 중심으로 전주기 핵심 원천기술 개발에 박차를 가할 계획이다. 이후 상용화를 위한 기업지원 강화도 기대된다.
과기부 관계자는 "국산기술 기반의 시스템 조기 상용화를 위해 시스템 개발단계부터 기업이 참여할 수 있도록 문을 열겠다"며 "2050 탄소중립을 위해 민간 영역의 참여가 병행돼야 하며 그렇지 않게 된다면 이제는 정부가 독자적으로 추진하기도 쉽지 않다"고 강조했다.
그는 이어 "아직은 정부의 재정 규모가 크다는 측면에서 정부가 이끈다고 생각하지 말고 기업이 주도적으로 탄소중립이라는 판을 재설정해야 한다"며 "그런 분위기가 조성되면 향후 확보해야 할 원천기술을 개발하기 위해 정부도 힘을 모을 것"이라고 덧붙였다.
iggerthanseoul@newspim.com
