[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 지구 온난화로 폭염, 폭설, 태풍, 산불 등 이상기후 현상이 전 세계에서 발생하고 있다.

특히 지구의 온도가 2℃ 이상 상승할 경우 폭염 한파 등 자연재해가 발생한다고 알려져 있고 반면 상승 온도를 1.5℃로 제한할 경우 생물다양성, 식량안보, 인간 안보 및 경제 성장에 대한 위험이 2℃보다 대폭 감소한다고 한다.

이에 국내외적으로 지구온도 상승을 1.5℃ 이내로 억제하기 위해 오는 2050년까지 탄소 순배출량을 ‘0(제로화)’이 되게 하는 탄소 중립 사회로의 전환이 필요하다.

문재인 대통령은 지난해 10월 국회 시정연설에서 ‘2050년 탄소 중립’을 처음으로 언급하고 “국제사회와 함께 기후변화에 적극 대응하여 2050년 탄소 중립을 목표로 나아가겠다”고 강조했다.

현재 한국에너지기술연구원은 ‘2050년 탄소 중립’을 실현하기 위해 태양광, 풍력, 바이오 등의 자연에너지를 고효율·저비용으로 활용하는 기술, 화석연료를 탄소중립 연료로 대체하기 위한 수소에너지기술, 에너지 사용량을 최소화하는 효율향상 기술, 화석연료를 청정하게 활용하고 자원순환을 하는 기술 등을 연구하고 있다.

이에 본지는 ‘2050년 탄소 중립’과 관련해 한국에너지기술연구원 홍종철 연구전략본부장을 만나 국내외 탄소중립 인식과 정책, 현재 연구성과, 향후 연구방향 등을 살펴본다.<편집자 주>

- 국내외 탄소 중립(제로화) 대한 인식과 영향은?

▶ 탄소중립(Carbon Neutral)은 온실가스 배출량과 흡수량이 균형이 되도록 만들어 총 배출량이 ‘0(zero)’이 되는 것을 의미한다.

즉, 에너지 사용 등에 따라 배출되는 온실가스를 저장 등을 통해 처리하거나 식물을 통해 흡수시켜 배출되는 총량이 제로(0)가 되는 것으로써 온실가스 배출을 하지 않거나 하더라도 최소화하는 것이 가장 중요하다.

탄소 중립과 관련해 국제적으로 유엔기후변화협약(UNFCCC)을 통해 전 세계가 기후변화에 대응하기 위한 많은 노력을 추진해왔으며 지난 2015년에 파리협정을 채택했다.

이 파리협정은 지구 평균온도 상승을 2℃보다 훨씬 아래로 유지하고 또는 1.5℃ 이내로 억제하는 것을 목표로 하고 있으며 선진국과 개도국 등 모두가 참여하고 있다.

특히 기후 변화에 관한 정부간 협의체(IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change)에서는 지난 2018년에 특별보고서를 발간하고 오는 2100년까지 지구 평균기온 상승을 1.5℃ 이내로 하기 위해 2050년까지는 탄소중립을 달성해야 한다고 제시했다.

현재까지 2050년 탄소중립을 위해 독일, 영국, 프랑스, 일본, 중국, 그리고 우리나라 등 127개국이 참여하고 있으며 최근 미국도 바이든 정부가 들어서면서 탄소중립에 동참했다.

이에 따라 세계적으로 탄소중립 실현을 위한 재생에너지 보급이 확대되고 있는데 전력생산에 있어서 재생에너지 비중을 살펴보면 IEA 통계(Monthly OECD Electricity Statistics, 2021.3)를 기준으로 2020년말에 독일 46.7%, 영국 45.2%, 중국 28.6%, 일본 21.7%를 기록하고 있으며 우리나라는 7.2% 수준이다.

국내에서는 재생에너지 보급에 있어서 자연환경이 중요하다.

독일과 영국은 풍부한 풍력자원을 활용하여 풍력으로만 약 25%를 달성하고 있고 중국과 일본은 상대적으로 수력이 풍부해 17.8%, 9.4% 등으로 수력의 비중이 높다.

우리나라는 태양광 3.3%, 풍력 0.6% 수준이며 1.3%인 수력은 자연 여건상 추가적인 확대가 쉽지 않다.

다만, 우리나라의 재생에너지 잠재량은 2018년 신재생에너지 백서의 시장잠재량을 기준으로 태양광 411 TWh, 육상풍력 39 TWh, 해상풍력 71 TWh로 평가되고 있다.

태양광과 풍력을 합친 잠재량 521 TWh는 2019년 우리나라 총 발전량 593 TWh의 88%에 달하는 수준으로 향후 재생에너지 발전 비중 확대를 위한 잠재력은 결코 적지 않다.

여기에서 중요한 것은 재생에너지 전력을 경제적으로 생산할 수 있는 기술의 확보이며 한편으로는 재생에너지 발전 설비에 대한 국민들의 보다 폭 넓은 이해가 동반되어야 한다.

우리나라는 일찍이 탄소중립을 추진해 온 선도국들에 비해 2050년까지 남은 시간이 상대적으로 짧기 때문에 재생에너지 보급 확대를 위해 모든 주체가 더욱 큰 힘을 모을 필요가 있다.

한편 탄소중립은 기업의 성장에도 큰 영향을 미칠 것으로 본다.

실례로 EU와 미국 등에서 2020년대 중반부터 ‘탄소국경세’를 도입하겠다는 논의가 있고 이 탄소국경세는 온실가스 배출이 많은 국가나 기업에 관세를 부과하는 것으로서 온실가스를 배출하는 에너지로 제품을 생산하면 수출이 어려워지는 것을 의미할 수 있다.

- 탄소중립을 위한 정부의 대책은?

▶ 그동안 국내 정책을 보면 지난 2009년에 제1차 온실가스 감축목표를 설정하고 2010년에 저탄소 녹색성장 기본법을 제정했다.

이후 2017년에 에너지전환 정책의 핵심으로서 2030년 발전량의 20%를 재생에너지에서 생산되는 전력으로 공급하겠다는 ‘재생에너지 3020 이행 계획’을 발표했다.

이어 2019년 1월에 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 통해 수소경제를 본격 추진하였고 2019년 10월 제2차 기후변화대응 기본계획을 통해 오는 2030년까지 온실가스 배출량을 5억3600만톤으로 줄이겠다고 발표했다.

이는 2017년 대비 24.4% 줄어든 것이고 2030년 배출전망치(BAU, Business As Usual) 대비 37%로 감축한다는 것이다.

특히 현 정부는 지난해 7월에는 ‘한국판 뉴딜 종합계획’에 그린뉴딜을 포함해 기후변화 대응과 경제 활성화를 동시에 추진하고 있으며 지난해 10월에 ‘2050 탄소중립’을 국제사회에 선언했다.

이에 따라 지난해 12월에 ‘2050 탄소중립 추진전략’을 수립해 단계별 전략수립 및 시행을 구체화했고 이를 통해 탄소중립과 경제성장, 삶의 질 향상에 동시에 달성하겠다는 비전과 3대 정책방향, 10대 과제 등을 제시하고 있다.

먼저 3대 정책을 보면 경제구조의 저탄소화, 新유망저탄소산업 생태계 조성, 탄소중립 사회로의 공정전환 등이다.

또 10대 과제는 에너지 전환 가속화, 고탄소 산업구조 혁신, 미래 모빌리티로 전환, 도시·국토 저탄소화, 신유망 산업 육성, 혁신 생태계 저변 구축, 순환경제 활성화, 지역중심의 탄소중립 실현, 탄소중립 사회에 대한 국민인식 제고 등이며 오는 2021년 6월까지 2050년까지 어떤 경로와 방법을 통해 탄소중립을 달성할 것인지에 대한 ‘2050 탄소중립 시나리오’를 제시할 예정이다.

- 2050년 탄소중립을 위한 연구원의 역할과 연구방향은?

▶ 한국에너지기술연구원은 현재 국내에서 이러한 에너지기술을 가장 전문적으로 가장 많이, 그리고 깊이 연구하고 있는 곳이며 탄소중립을 이루기 위한 혁신 에너지기술을 연구하는 곳이라고 할 수 있다.

지난 2018년으로 기준 우리나라 총 온실가스 배출량은 7.3억 t-CO2이며 이중 87%에 달하는 6.3억 t-CO2가 에너지 분야에서 배출된다.

즉, 석탄, 천연가스, 석유와 같은 화석연료를 발전, 산업, 수송, 건물부문에서 에너지로 사용하면서 배출되는 온실가스가 대부분이다.

탄소중립을 위해서는 기존에 사용되는 에너지를 재생에너지로부터 생산되는 전기와 같은 탄소가 배출되지 않는 에너지로 바꾸고 수송 분야의 항공기처럼 계속 연료가 필요한 곳에는 수소나 암모니아 같은 탄소중립 연료를 사용해야 한다.

다른 한편으로는 에너지를 무한정 공급할 수는 없기 때문에 기존 기술의 효율을 높여 수요 자체를 줄이는 효율향상과 자원의 순환, 그리고 철강, 시멘트산업과 같이 공정의 특성 상 어쩔 수 없이 배출되는 탄소를 포집하여 저장 또는 전환하는 것이 필요하다.

이에 따라 우리 연구원은 ‘더 맑은 지구와 강한 경제를 만들어가는 한국에너지기술연구원(KIER)’으로 연구전략 방향을 설정했다.

이를 위해 2030년 발전량의 20%, 2040년 발전량의 35%를 재생에너지에서 생산되는 전력으로 공급하는 에너지 전환 ‘3020/4035’ 실현을 위한 재생에너지 혁신기술, 수소경제사회 선도를 위한 수소 공급 및 활용기술, 고효율 저탄소사회 구축을 위한 스마트 에너지기술, 온실가스 감축과 맑은 공기를 위한 탄소계 에너지 청정 활용기술 등 4대 전략목표를 세우고 추진하고 있다.

또한 우리 연구원은 기관장이 정부의 ‘탄소중립 기술혁신 추진전략’ 수립에 있어서 민간위원장 역할을 수행했다.

여기에서 산학연의 국내 최고 전문가 88명이 참여하는 추진위원회를 구성해 ▲ 에너지 전환을 위한 태양광·풍력, 수소, 바이오에너지 ▲ 산업부문 저탄소화를 위한 철강·시멘트, 석유화학, 산업공정 고도화 ▲ 수송부문과 건물부문의 효율향상과 ICT를 활용한 전 분야 효율 최적화를 위한 디지털화 기술 ▲ 이러한 혁신기술을 적극 활용하고도 불가피하게 배출되는 탄소를 포집 및 저장 활용하는 CCUS를 포함하는 10대 핵심기술을 선정했다.

이와 같이 각각의 목표와 세부전략을 수립하는데 기관장과 많은 구성원들이 참여했고 이 전략은 지난 3월 31일 과기장관회의를 통해 발표됐다.

- 최근 연구원의 대표적인 연구성과는?

▶ 탄소중립을 이룰 수 있는 궁극적인 수단은 기술이라고 생각하며 이를 위해 우리 연구원의 대표적인 성과는 태양광 분야, 수소 분야, 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 분야에서 역점을 두고 연구를 진행하고 있다.

먼저 태양광 분야에 있어서 차세대 페로브스카이트 태양전지가 좋은 연구성과를 보이고 있다.

실례로 지난해에 페로브스카이트 태양전지 세계 최고 효율 25.39%를 달성해 사이언스(Sience)에 실렸고 올해에도 25.6%로 최고 효율을 갱신해 4월 5일 네이처(Nature)지에 게재됐다.

이러한 기술력을 바탕으로 기존 태양전지 효율 한계 극복을 위해 실리콘과 페로브스카이트 태양전지를 융합한 탠덤태양전지를 개발 중이며 오는 2030년 모듈 효율 30%와 2040년 35%를 목표로 하고 있다.

다음으로 수소 분야는 세계 최고 기술수준의 천연가스를 이용한 추출수소 생산기술을 100% 국산화해 우리나라가 수소경제의 세계 선도국가로 도약하는데 핵심적인 기여를 하고 있다.

특히 현재 정부에서 발주한 수소생산기지에 4기를 보급 중에 있으며 또한 탄소를 배출하지 않는 무탄소 수소 생산을 위해 재생에너지와 직접 연계하여 전력망 연계와 그린수소 생산이 가능한 차세대 알카라인 수전해 기술을 개발하고 있다.

이어 CCS 분야에 있어서는 탄소중립을 위해 재생에너지를 통한 무탄소 전력 보급을 확대하거나 수소의 도입과 효율향상 등과 같은 많은 노력을 기울여도 산업 공정의 원료사용에 따라 어쩔 수 없이 배출되는 이산화탄소를 포집해 저장하여야 한다.

이에 우리 연구원은 화력발전소, 철강, 시멘트, 석유화학, 유리용해로 등 다양한 산업에 적용 가능한 기술을 국산화하는데 성공했다.

현재 기존 해외기술 대비 저렴한 흡수제를 사용하고 에너지 소비도 적은 세계 최고 기술을 보유하고 있으며 CO2 포집 비용을 낮춤으로서 향후 CCS기술의 실제 보급을 앞당길 수 있을 것으로 기대하고 있다.

- 마지막으로 하고 싶은 말은?

▶ 한국에너지기술연구원의 존재의 이유는 2050 탄소중립을 실현할 수 있는 연구, 국가와 인류의 기후 위기 해결, 그리고 탄소중립 혁신기술로 경제 성장과 일자리 창출에 기여하는 것이라고 할 수 있다.

앞서 설명했듯이 우리나라 온실가스 배출의 87%가 에너지 분야에서 배출되고 탄소중립을 이루기 위해서는 에너지를 가능한 적게 효율적으로 쓰는 것이 중요하지만 지속적인 경제발전과 국민의 삶의 질을 향상시키기 위해서는 어쩔 수 없이 에너지가 필요하다.

이러한 에너지 딜레마를 해결할 수 있는 것은 에너지 기술 개발이고 이를 통해 필요한 에너지를 충분히 사용하면서도 탄소중립을 실현할 수 있는 궁극적인 수단이라고 할 수 있다.

탄소중립을 위해 보다 많은 큰 역할을 하고자 하는 우리 연구원에는 크게 두 가지 현안문제가 있다.

우선 연구 인력의 확충이 필요하다.

탄소중립의 중요성 부각에 따라 전체적인 국가 R&D 예산은 증가할 전망이나 참여율 규정에 따라 인력이 확충되지 않으면 더 이상 많은 연구를 수행할 수 없기 때문이다.

또 하나는 연구시설과 공간의 제약이 크다는 점이다.

최근 수소경제 활성화 정책에 따라 수소기술 개발 및 실증, 그리고 산업계의 공동연구 수요가 크게 늘고 있으나 관련 연구를 안전하고 효율적으로 수행할 수 있는 실험 공간과 시설이 크게 부족한 상황이다.

앞으로 우리 연구원이 우리나라의 기후에너지 분야의 대표 연구원으로서 세계 최고 기술경쟁력 확보를 통해 국가 산업 발전에 기여하는 보다 큰 역할을 할 수 있도록 이런 부분에 대한 제도적 및 정책적인 배려가 있기를 기대해 본다.

또 우리 연구원은 이러한 현실적인 제한점을 해결하는 동시에 국내의 2050 탄소중립 실현을 뒷받침하는 기술개발에 가장 큰 책임과 역할을 부여받고 있다고 생각하며 청정하고 안전하며 지속가능한 탄소중립 혁신기술 개발을 위해 모든 구성원들이 최선을 다하고 있다.