KIGAM 한국지질자원연구원

정부는 2050 탄소중립을 선언하면서 온실가스 저감을 위한 기술개발에 박차를 가하고 있다. 온실가스의 주범으로 뽑히고 있는 이산화탄소(CO₂)를 땅 속에 저장해 가두는 CO₂지중저장기술은 2050년 탄소중립 실현에 중추적 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.

땅 속에 저장하는 온실가스
박권규 단장(CO2지중저장연구단)

탄소중립을 실현할 기술

파리기후변화협약이 체결되면서 대부분의 국가는 온실가스 감축의 주요 수단으로 CCS 기술(이산화탄소 포집 및 저장기술)을 채택해 연구하고 있다. CO₂지중저장기술은 CCS 기술의 생애주기 중 마지막 단계에 해당하는 핵심 축으로, 온실가스 중 하나인 CO₂를 주요 배출원(발전소, 제철소)등에서 원천적으로 포집하여 땅 속의 적당한 위치에 주입해 대기권으로 배출되지 않도록 하는 기술이다.

세계적으로 43개의 대규모 CCS 프로젝트가 진행되고 있으며(2018년 기준), 이 중 23개의 프로젝트는 운영, 건설단계에 있다고 한다. 대규모 저장의 경우 해양 지중저장이 활발하게 추진되고 있는데, 노르웨이와 호주는 이미 세계 최대 규모의 해양 CCS프로젝트를 운영하고 있으며 미국과 일본 등도 해양 지중저장 프로젝트를 준비하고 있다고 한다.

“우리나라는 2008년부터 CO₂지중저장에 적당한 부지를 찾기 시작해 중소규모의 실증사업을 수행해왔습니다. 실증사업은 지중저장을 위한 주입, 모니터링 등 관련기술의 기술 자립화와 기술성실증을 통해 2030년 온실가스감축 목표에 기여할 수 있는 상용화기반 확보를 목표로 합니다.”

작년 정부가 한국판 뉴딜 종합계획을 발표하고, 2050 탄소중립을 선언하면서 CCS 통합실증 및 상용화 기반 구축이 더욱 시급해졌다. 총 1억 톤 이상의 CO₂를 저장할 수 있는 저장소 확보 사업에 돌입했고, 연구팀은 다른 참여기관들과 협업해 서해군산 일대와 동해 울릉분지 등에서 대규모 저장소확보를 위한 연구를 수행하고 있다.

“국가적으로는 이러한 저장소를 기반으로 연간 100만 톤 급 통합실증이나 연간 300만 톤 급 상용화를 통해 2030년부터 연간 1,000톤 이상의 CO₂감축을 목표로 하고 있습니다. 현재 진행하고 있는 CO₂지중저장 부지 확보는 이러한 목표를 달성하는데 전제가 되는 중요한 사업입니다.”

광섬유를 이용한 모니터링 기술

CO₂를 땅 속에 저장하기 위해서는 적합한 저장공간을 찾는 것이 중요하다. 저장공간에 CO₂를 효율적이면서도 안전하게 주입할 수 있어야 하고, 그 후에도 안전하게 저장되어 있는지 지속적인 관찰도 필요하다.

“CO₂지중저장기술은 저장소로 활용될만한 적당한 후보지를 물색하는 부지탐지, 후보지가 실제 저장소로 적합한지 판단하는 부지 선정 단계, 선정된 부지에 주입을 위한 지상 설비와 주입정을 건설하고 시례 주입을 운영하는 단계, 목표량 주입이 완료되면 저장소를 폐쇄하고 관리하는 단계로 구분됩니다. 이 과정에서 주입된 CO₂의 이동, 분포나 주입과정에서 발생할 수 있는 잠재적위험요소를 파악하기 위해 각 단계별로 지속적인 모니터링을 수행합니다.”

박권규 단장은 광섬유를 센서로 활용해 탄성파 탐사, 지진, 미소진동을 모니터링하는 기술 개발에 집중하고 있다. 광섬유는 전기적 잡음의 영향을 받지 않고, 기존 센서에 비해 저렴한데다 수십 ㎞에 이르는 길이를 매우 촘촘한 간격으로 한 번에 측정할 수 있어 기존 센서를 활용할 때에 비해 비용경제성이 매우 높다고 한다.

“한 번 포설하고 나면 반영구적으로 활용이 가능하기 때문에 어떤 현상이나 물성의 변화를 오랫동안 지속적으로 관찰하고 모니터링하는 분야에 활용도가 높습니다. CO₂지중저장기술 개발에서도 땅 속에 주입된 CO₂의 분포나 이동 탐지를 위한 4D 탄성파 모니터링, CO₂주입에 따른 압력 상승과 CO₂플룸의 이동에 따라 저장층이나 덮개층에서 발생할 수 있는 균열과 균열이 발생하는 과정에서 생성되는 소리, 진동을 모니터링하는데 활용할 수 있습니다.”

박권규 단장은 모니터링 방법은 온실가스 감축기술로서 지중저장의 효용성, 안전성 등을 입증하고 대국민 수용성을 높이는데 있어 매우 중요하다고 설명하며, 광섬유를 센서로 활용하는 기술을 실용화 한다면 지중저장의 경제성 제고에 기여할 뿐만 아니라 기술선도도 가능할 것이라고 이야기한다.

온실가스 저감을 위한 도전

15년에 가까운 시간 동안 지중저장 관련 분야의 기술은 지속적으로 발전했고, 기술 자립화 수준도 꾸준히 향상되어왔다. 박권규 단장은 지중저장 실증 후보지를 찾기 위해 전국 주요 분지를 누비면서 탄성파탐사를 하던 시간을 모두 기억하고 있다. 반사파를 이용하는 탄성파탐사를 통해 여러 분지를 탐사했는데, 목표심도로부터 반사된 것으로 보이는 반사파를 확인할 수 없었다.

“그때는 대규모 반사법 탐사를 도입한 초기다보니 제가 무슨 실수를 하고 있는 것은 아닌지 수십 번 고민하고 또 고민하면서 자료를 봤던 기억이 납니다. 이제 이 길을 포기해야하나 싶던 순간 첫 반사파를 확인했습니다. 그때 희열은 이루 말할 수가 없었던 것 같아요. 희열이라기보다는 어떤 의미에서는 ‘이젠 살았구나’하는 심정이었던 것 같아요.”

가장 즐겁고 보람을 느끼는 순간은 난제를 극복하고 목표를 달성했을 때가 아니겠냐며 웃는 박권규 단장. 진행하는 동안 겪은 어려움의 크기가 클수록 목표에 도달했을 때 느끼는 행복감과 보람도 더욱 크다고 한다.

그는 온실가스 저감을 기본적인 목표로 삼는 CO₂지중저장기술은 인류가 수만 년 간 이루어온 가치들의 항구적 지속성 확보에 기여하는 기술이라고 생각한다. 그래서 현재 맡고 있는 CO₂지중저장 통합실증과 상용화 단계를 위한 대규모 저장소 확보 과제의 성공적인 완수를 위해 최선을 다할 것이라고 이야기 한다.

“CO₂지중저장기술을 포함한 CCS 기술은 2030년 정부 온실가스 감축 목표 달성에 기여해 2050년 탄소중립 실현에 중추적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 뿐만 아니라 전 지구적 기후위기에 대한 우리나라의 위상을 높일 수 있을 것입니다. 과학, 기술적 측면에서도 CCS 선진국에 대등한 기술을 확보하고 일부 부분에서는 기술적 추월을 통해 선제적 대응도 가능한 수준이 됩니다. 이러한 기술 수준의 향상과 기술 자립화는 기술의 대외 의존도를 줄임으로서 수입 대체 효과뿐만 아니라 국내 관련 신산업 창출, 해외시장 개척의 기반이 될 것으로 생각됩니다. 작게는 우리 CO₂지중저장연구단, 크게는 한국지질자원연구원이 CO₂지중저장기술의 경제성과 기술성 향상을 위해 R&D 측면에서 기여할 수 있는 다양한 기술을 개발하고 확보하도록 노력하겠습니다.”