탄소중립이란 탄소 재활용방안을 모색해 나가는 것
탄소소재는 다른 금속과 결합 형태에 따라서 탄소섬유, 인조흑연, 활성탄, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀 6가지 유형으로 구분되며 4차산업의 첨단소재로 활용되고 있다.
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기사입력 : 2023.11.02 05:57
우리들은 지구온난화의 주범인 탄소를 감축시키기 위해서 화석연료 사용을 중단해야 한다는 탄소중립을 추진하여 나가고 있다. 그래서 어핏 탄소가 지구상에 없어져야 될 존재로 착각하고 있지만 사실상 지구상에 탄소는 없어질 수 없다.
화석연료 자체도 모든 생물체의 잔존물들이 지하에 묻혀 이를 채굴해서 사용하는 것으로 사실상 태양에너지를 갖고 있는 생물체의 시체라고 할 수 있는 것이다.
지구상의 모든 생명체는 수소, 산소, 탄소, 질소의 네 가지 원소를 기반으로 황과 인, 두 원소가 극소량 포함되는 6가지 원소로 구성되었다. 즉 지구생태계란 이런 6가지 원소를 기반으로 아주 다양한 유기 화합물들이 이루어지면서 생명을 유지시켜 오고 있다.
특히 물은 모든 생체 조직의 주성분이며, 보통 질량의 70%나 차지하고 있고 그 다음으로는 탄소의 비중이 18%나 된다. 즉 식물이 태양에너지를 기반으로 이산화탄소와 물로 다양한 유기물질을 만든다.
이런 먹거리를 초식동물이 먹고 육식동물은 초식동물이나 식물이 만든 유기물질을 먹고 살아가고 있다. 따라서 탄소는 유기물질의 기반이 되어 모든 생물체의 먹거리가 되어 먹이사슬을 통하여 모든 생물체들에게 물질순환를 이루고 있는 것이다. 따라서 탄소는 지구상에 없앨 수 없는 주요 물질로 모든 생명체의 구성요소가 되고 있다.
사실상 우리들이 살고 있는 지구환경은 빅뱅으로 태양으로부터 쪼개져 나올 때는 탄소 덩어리이었다. 이런 탄소 덩어리가 모든 생명체의 구성요소가 되어 진화 발전해 지구 평균 기온이 15°C, 대기권의 원소 및 해양의 염분 농도는 매우 항상 안정적으로 유지 시켜 지구생태계가 편안하게 살아갈 수 있도록 터전을 마련해 준 것이다.
그래서 지구 대기권의 원소의 구성요소는 질소 78%, 산소 21%, 아르곤 0.93%, 나머지 기체(이산화탄소, 네온, 헬륨, 수소 등)들은 극소량으로 구성되어 안정성을 유지하고 있다.
지구상에 탄소 비중이란 그간 0.03%에 불과했으나 화석연료 사용증가, 산불, 화산활동 등으로 갑자기 크게 늘어나면서 지구상의 탄소농도는 크게 증가하였다. 즉 18세기 중반까지 탄소농도는 280ppm에 불과했는데 2023년 5월 현재 424ppm으로 크게 늘어난 것이다.
탄소란 대기 중에 200년 이상 머물러 있으면서 태양에너지의 긴파장 (적외선)을 흡수하는 온실가스라는 특성을 지니고 있다. 이런 온실가스가 쌓이면서 지구의 기온이 지속적으로 상승하면서 폭염, 산불, 폭우, 태풍, 지진 등 극한 기상이변이 발생하여 세계 인류의 생명을 위협하게 된다.
2015년 파리협약에 의해서 세계 각국들은 지구 평균기온 상승을 1.5도 이하로 제한하기 위해 각국이 CO2 배출을 자발적으로 감축할 목표를 설정하고 이를 의무적으로 실행해 나갈 것을 결의하였다. 이에 따라서 우리나라는 2030년까지 온실가스 배출량을 2018년 총 배출량(727.6백만t) 대비 40%를 감축하고 2050년까지 완전 제로로 만들겠다는 탄소감축 목표를 유엔에 제출하게 되었다. 결국 전 세계 각국들은 탄소감축 목표를 설정, 이를 의무적으로 감축시켜 나가는 ’2050 탄소중립‘이라는 지상과제를 안고 있다고 할 것이다.
지난 1월에 발표된 제10 전력수급 기본계획에서는 석탄화력발전 폐기예정인 28기를 모두 LNG발전으로 전환하고 암모니아 수소를 혼용하면서 점차 수소비중을 확대, 수소발전화 하겠다는 방안을 채택하였다. 그리고 LNG발전에서 나오는 탄소를 CCUS(탄소포집 활용)기술을 동원하여 감축시켜 나겠다는 것이다.
허지만 CCUS기술은 아직 미개발된 분야이면서 너무나 비용부담이 크기 때문에 경제성에서 많은 지적을 받아오고 있다. 따라서 “CCUS기술에 효율성을 높이는 기술개발을 통하여 경제성을 맞춰 나가는 일에 초점을 맞춰 나가면서 포집된 탄소를 어떻게 재활용할 것이냐?”가 탄소중립의 핵심과제로 부각되고 있다.
우리나라는 2013년에는 효성이 전주공장을 준공하고 T-700급 탄소섬유를 출시해 세계 3번째로 자체 기술개발 양산화를 성공하였다. 그리고 2015년에는 탄소산업 육성조례가 제정·공포됐으며, 탄소융합산업연구조합이 설립, 출범하기도 했다.
2016년에는 탄소소재 융복합기술 개발 및 기반조성 지원하기 위한 탄소 소재법이 제정되었고
2017년에는 한국탄소산업진흥원이 전북 전주에 설립되었다. 그리고 2019년에는 효성첨단소재 전주공장 증설 투자협약이 이뤄지면서 전북은 탄소산업 수도으로 지정, 탄소산업의 비전과 발전전략을 선포하게 되었다.
이어서 전주시가 탄소특화 국가산업단지로 지정·승인됐으며 2020년 4월 탄소소재 융복합기술 지원업무를 담당 공공기관으로 한국탄소산업진흥원이 그 역할을 담당하고 있다.
이젠 전북은 탄소산업 종합발전 5개년 계획 수립하고 탄소소재분야 전국 최초로 탄소소재 융복합산업 규제 자유특구로 지정되어 탄소소재산업은 이끌어 나가는 선도적인 역할을 담당하고 있다.
탄소소재는 다른 금속과 결합 형태에 따라서 탄소섬유, 인조흑연, 활성탄, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀 6가지 유형으로 구분될 수 있다, 이들은 4차산업혁명으로 기술혁신이 이뤄지는 모빌리티, 에너지·환경, 우주·항공 등 미래 유망 첨단 신산업을 뒷받침하는 소재신업으로 전망을 대단히 밝다.
우리나라는 탄소섬유나 탄소나노튜브의 경우에는 우주·항공 등 범용 소재에 한해 선진국 수준의 기술을 확보하고 있다. 그렇지만 인조흑연이나 활성탄소의 경우에는 고성능 소재기술이 선진국 대비 50% 정도 수준에 그치고 있어 앞으로 더욱 기술개발에 몰두해야 부문이다.
그렇지만 이들 분야는 이차전지, 전극재 등에 사용해야 되기 때문에 수소경제로 가기 위해서 필수 불가결한 소재 분야라고 할 수 있다. 그리고 활성탄의 경우에도 탄소중립의 이행을 위한 각종 환경규제를 극복하기 위한 방안으로 선제적인 기술개발이 요구되는 부문이라고 할 수 있다.
한국의 탄소융복합산업은 지난 10년간 탄소밸리, 클러스터 조성 등 두 개의 국가 연구개발(R&D) 및 기반 조성사업에 지속적인 투자를 이뤄졌다. 이제는 탄소융복합산업의 경쟁력 강화와 소부장(소재·부품·장비) 공급망 확보를 위해 모빌리티, 에너지·환경, 우주·항공 등 미래 유망 신산업을 중심으로 프리미엄급 소재 기술 R&D 투자하여 상품화를 추진해 나가야 될 단계이다.
따라서 소재·부품 기술 개발에서 상용화를 위한 실증 및 표준 개발로 연결되는 사업화 그리고 수요-공급 기업 간 연대협력체 구성, 소부장특화단지 활성화를 통한 글로벌 밸류체인 구축 등 산업 외연 확장으로 이어지는 전 주기적 통합 비즈니스 플랫폼을 구축하는 탄소산업 생태계 조성사업을 본격적으로 이뤄져야 할 단계이다.
이같이 탄소소재산업은 이제 막 알에서 깨어난 병아리 단계에 들어서고 있다고 할 것이다.
‘줄탁동시’(줄啄同時)라는 사자성어가 있다. 병아리가 부화될 시기가 되면 알 안에서 병아리가 나올 수 있도록 병아리는 아직 여리디 여린 부리로 온 힘을 다해 쪼아대고 어미 닭이 그 신호를 알아차려 바깥에서 부리로 쪼아줌으로써 병아리가 부화할 수 있다고 한다. 만일 병아리가 세 시간 안에 알에서 나오지 못하면 질식하여 죽게 된다는 것이다. 그래서 병아리와 어미닭이 다함께 알에서 나올 수 있도록 도와 주어야 한다는 의미이다.
탄소소재·부품 시장을 이제 막 알에서 깨어나오는 병아리에 해당된다. 부화하기 위해서 어미닭과 병아리가 함께 알을 깰 수 있도록 노력해야 비로서 세상에 태어날 수 있게 된다.
이같이 당진시 탄소중립은 정부의 계획한 바에 따라서 ‘LNG발전 + CCUS기술’을 바탕으로 석탄화력발전을 전환시켜 나가면서 포집된 탄소를 재활용하는 방안을 마련해 나가야 하는 것이다.
이런 사업은 물론 재정지원이 필수이며 20, 30년 중장기 프로젝트이기 때문에 당진시민들이 주체가 되는 민관거버넌스체제에서 주도적으로 방안을 마련, 추진해 나가야 할 것이다.
