장기 탄소 배출 절감을 위한 최첨단 기후 솔루션

                  2017년 7월 18일, 스위스 힌빌에 있는 폐기물 소각 공장의 지붕에 스위스 Climeworks AG의 공기 중 이산화탄소 포착 시설이 있다.                        로이터/아른드 비그만

(2021.10.28) - 태양의 연소 과정을 복제하는 것에서부터 우리의 발아래 깊은 곳의 뜨거운 온도를 활용하는 것까지, 과학자, 기업 및 벤처 자본가들은 온실 가스를 방출하지 않고 지구에 전력을 공급하는 첨단 기술에 베팅하고 있다. 이러한 "문샷(Moon-shot)" 기술은 사절들이 일요일부터 스코틀랜드에서 열리는 유엔 기후 협상(COP26)에서 서로 만나 화석 연료로부터의 전환을 가속화하는 방법을 알아내기 위해 갖는 대화의 주제가 될 것이다.

 

태양광 및 풍력 발전과 같은 전통적인 청정 에너지원은 국가가 단기적인 기후 목표를 달성할 수 있도록 돕는 데 주도적인 역할을 할 것으로 예상되지만, 장기적인 목표를 달성하기 위해서는 첨단 솔루션이 필요할 수 있다. 이러한 기술을 사용할 수 있도록 하려면 많은 연구, 돈 및 약간의 행운이 필요하다. 가장 주목받는 기술 중 일부는 다음과 같다.

 

핵융합

핵융합은 태양을 타오르게 하는 과정이다. 그것은 결국 당신의 가정에 전원을 공급할 수 있다. 두 원자의 핵이 극단적 인 열을 받을 때 작동하며, 두 원자가 새로운 큰 원자로 융합되는 과정 중에 엄청난 양의 에너지가 방출된다. 비결은 일반적인 연료 수소를 섭씨 1억 5천만 도로 가열하는 것이다. 어떤 시설도 아직 필요한 것보다 더 많은 에너지를 방출하는 융합 반응을 유발하지 못했다. 핵융합 전력 발전소의 운영은 경제적인 열 억제 방법과 같은 추가적인 장애물을 제공한다.

그렇지만 옥스포드 대학, 매사추세츠 공과 대학(MIT) 등의 과학자들은 자신이 진전을 이뤄내고 있다고 말한다. 영국 정부는 2040년까지 프로토타입이 시행될 것으로 믿고 있다. 핵융합은 오늘날의 원자로에서 원자를 분해하는 데 사용되는 핵분열에 비해 장점이 있으며, 연료가 방사성 우라늄이나 플루토늄이 아닌 물에서 추출된다는 것이 그중 하나다. 즉, 핵융합은 소수의 정치인이 그들의 지역구에 원하는 장기 방사성 폐기물을 생성하지 않는다. 에너지 회사들은 핵융합에 열광하고 있다. 이탈리아의 ENI(ENI.MI)와 노르웨이의 에퀴너가 모두 투자했다. 미국 회사 셰브론(CVX.N)은 시애틀에 본사를 둔 Zap Energy Inc. 에 투자했다.

 

첨단 원자력

첨단 원자력 발전소는 오늘날의 대규모 원자로보다 작을 것이다. 그들은 이론적으로 원격 위치에서 사용하거나 태양이 지거나 바람이 없을 때 풍력, 태양광 발전을 보완할 수 있다. 일부 발전소는 핵 폐기물을 연료로 사용할 수 있다. 그러나 첨단 원자로도 건설해야 할 과제다. 오늘날의 대형 경수로는 규모의 경제를 제공하는 반면, 작은 원자로는 비용이 많이 들 수 있다. 비평가들은 또한 첨단 원자로가 더 집중된 폐기물을 만들 것이며 오늘날의 원자로에서 사용되는 연료보다 훨씬 더 농축된 우라늄을 취급하게 될 것이라고 말한다. 이로 인해 일부 첨단 원자로와 공급망은 더 쉽게 더러운 폭탄으로 변환될 수 있는 자재를 찾는 무장세력에게 매력적일 수 있다. 미국에서 빌 게이츠는 와이오밍에 약 10억 달러에 Natrium 원자로를 건설하고자 하며, 2030년대에 전력망에 전력을 공급하는 많은 첨단 원자력 발전소를 보유하고자 한다.

 

탄소 포집 및 저장

지난달 아이슬란드에서 Climeworks AG는 탄소 저장 회사인 Carbfix와 협력하여 세계에서 가장 큰 공장을 열어 이산화탄소를 공중에서 흡수하고 지하로 펌핑해 탄소를 석화하는 데 성공했다고 회사들은 밝혔다. 이 공장은 전 세계 15개 직공 공중 포획(DAC) 공장 중 하나로 연간 약 9,000톤의 이산화탄소를 하늘에서 빨아들이고 있다. 인상적으로 들리지만 9,000톤은  자동차 2,000대 정도로부터 나오는 매연 정도이다. 미화 $600/이산화탄소 상당량톤 범위 내의 높은 비용은 단기적으로 탄소 포집 산업의 성장을 제한할 수 있다. 그러나 기술이 개선됨에 따라 비용이 떨어질 것이라고 지지자들은 말한다. 비영리 단체 Carbon 180의 사장인 노아 데이치(Noah Deich)는 "이것이 훨씬 더 흥미로워지는 지점이다"라고 말했다. 그는 DAC가 2030년 이후에 자체적으로 들어올 것이라고 생각한다.

이산화탄소를 공중이 아닌 산업 현장에서 포집하는 저급 기술인 탄소 포집 및 저장(CCS)조차도 험난한 길을 걸어왔다. 석탄 에서 이산화탄소를 사이펀해 지하에 매장하는 여러 공장은 실패하거나 실패할 위기에 놓여있다. 미국 법안의 세금 감면은 CCS에 대한 신용을 약 미화 $85/톤으로 높일 것이다. 그러나 환경 단체인 시에라 클럽을 포함한 비평가들은 대규모 크레디트를 제공하면 공장이 화석 연료를 계속 연소하도록 장려할 수 있다고 말한다.

 

수소

로켓 연료에 오랫동안 사용되는 수소는 천연가스와 혼합하여 청정 연소 연료를 만들거나 연료 전지 차량에 사용되어 수증기를 배기로 방출할 수 있다. 또한 암모니아에서 선박의 연료로 추출할 수 있다. 성배는 오늘날의 "회색 수소"가 화석 연료로 만들어지기 때문에 풍력, 태양열 또는 원자력으로 생산되는 소위 깨끗한 수소이다. 그러나 깨끗한 수소는 회색 수소보다 비용을 약 4배 가까이 소모한다.

또 다른 옵션인 블루 수소는 탄소를 포획하는 천연 가스 플랜트를 사용하여 만들어지지만 일부 과학자들은 이 공정이 메탄을 방출하여 천연 가스 자체보다 더 깨끗한 수소가 없다고 말한다. 세계 최대 석유 수출국인 사우디아라비아는 청정 수소를 생산하기 위해 미래도시 NEOM에 미화 50억 달러 규모의 공장을 계획하고 있다.

 

지열 발전소

지열 발전소는 지구 표면보다 훨씬 낮은 곳에서 화씨 700도(370C)까지 가열하여 증기를 생성하고 전기를 생성하는 터빈을 가동한다. 미국, 인도네시아, 필리핀, 케냐와 같은 국가는 지열 발전의 선두 주자다. 그러나 화석 연료에 대한 대안을 제공하는 데 중요한 역할을 하기 위해서는 기술이 크게 향상되어야 한다.

미국은 지열을 통해 국가의 현재 전력 수요의 10%를 생성할 수 있는 능력을 가지고 있으며 현재는 높은 선행 비용이 투자를 주저하게 만들고 있어 그 비율이 0.4%에 머무르고 있다. 일본과 싱가포르를 포함해 화석 연료 자원이 거의 없는 국가는 지열 발전 개발을 목표로 삼고 있다.

 

출처 - Explainer: High-tech climate solutions that could cut emissions in the long term | Reuters

Explainer: High-tech climate solutions that could cut emissions in the long term