이산화탄소 제거 기술: 직접공기포집(DAC)

'기후 위기'란 지구 온난화 등 기후 변화로 인해 위험 증가를 의미합니다. 그렇다면 지구 온난화의 주범은 무엇일까요? 바로 '탄소'입니다. 대기 중에 이산화탄소나 메탄과 같은 탄소 농도가 올라갈수록 온실 효과를 일으켜 지구의 온도가 올라가기 때문입니다.

탄소는 인간의 생산 활동을 통해 끊임없이 배출됩니다. 전 세계적인 탄소 감축 노력에도 불구하고 대기 중 이산화탄소 농도는 지금도 계속해서 증가하고 있습니다.

이번 글에서는 보다 적극적인 기후 위기 대응 방안이라 할 수 있는 이산화탄소 제거 기술, 그중에서도 직접공기포집 기술에 대해 알아보겠습니다.

이산화탄소 제거 기술

이산화탄소 제거 기술은 대기 중에서 온실가스를 제거(포집)해 토지, 지중, 해양 등의 저장소에 저장하거나 상품으로 변환시키는 기술을 의미합니다.

이산화탄소 제거 기술은 크게 '자연 기반'과 '공학 기반' 기술 두 가지로 구분되며, 자연-공학 융합 형태의 기술도 존재합니다.

자연 기반 기술

자연 기반 기술은 대기 중의 이산화탄소를 흡수하는 자연 생태계의 기능을 증진 및 활용하는 방식으로, 산림조성(조림, 재조림), 토양 탄소 격리, 블루카본 관리 등이 이에 해당합니다.

이 기술은 감축 기여도가 검증됐고 사회적 수용성이 높다는 장점이 있으나, 식물이 활용되는 과정에서 이산화탄소 누출 가능성이 존재한다는 단점이 있습니다.

공학 기반 기술

공학 기반 기술은 공학적 기술을 활용해 인위적으로 대기 중의 이산화탄소를 제거하는 것을 말합니다. 직접 공기 포집, 암석 풍화 촉진 등이 여기에 해당합니다.

이 기술은 기술 적용 면적 대비 효율성이 높고 영구적인 격리가 가능하다는 장점이 있지만, 생태계 기반에 비해 사회적 수용성, 경제성, 기술 성숙도 등이 부족하다는 단점이 있습니다.

직접 공기 포집(Direct Air Capture) 기술

개념

직접 공기 포집 기술은 대기 중 약 420ppm(0.042%)의 농도로 존재하는 이산화탄소를 물리적 또는 화학적으로 분리(포집)해 제거하는 기술입니다.

대형 팬을 이용해 공기를 흡입한 후 이산화탄소만을 흡착해 분리하는 기술로, 포집된 고순도(농축) 이산화탄소는 지중에 영구 저장하거나 합성 항공연료, 식음료, 건설자재 등의 다양한 제품의 원료로 활용할 수 있습니다.

공장이나 화력발전소 등에서 배출되는 이산화탄소를 포집, 활용, 저장하는 CCUS(Carbon Capture Utilization Storage)와 유사하지만, 고정된 고농도의 배출원이 아니라 저농도(고정 배출원의 약 1/300 수준)의 대기 중에 적용한다는 점에서 차이가 있습니다.

이와 같은 적용 대상의 차이로 CCUS는 배출 저감 기술, 직접 공기 포집 기술은 이산화탄소 제거 기술로 분류되며, 포집된 이산화탄소의 저장 및 활용 기술은 동일합니다.

직접 공기 포집 기술에서 대기 중의 이산화탄소 농도는 발전설비 및 여타 산업 설비의 배출 가스보다 매우 낮아 포집 비용이 높습니다. 또한 유체의 비자발적 반응에 기반한 기술로서 고농도의 이산화탄소를 생산하기 위해 에너지 투입이 필요합니다.

직접 공기 포집 기술의 종류와 특징

직접 공기 포집 기술은 흡입된 공기에서 이산화탄소를 흡착하는 흡착제의 성상에 따라 고체(S-DAC) 및 액체(L-DAC) 기술로 구분됩니다.

S-DAC

흡입된 공기가 고체 흡착제가 코팅된 필터를 통과하면서 이산화탄소가 흡착되고, 이산화탄소로 포화된 흡착제는 온도 및 압력을 조정해 이산화탄소를 분리한 후 재사용됩니다. 약 100℃로 필터 온도를 높이고 압력을 낮춰 흡착제와 이산화탄소를 분리합니다. 상대적으로 적은 에너지로 이산화탄소의 분리 및 농축이 가능하며, 모듈 형태로 설계돼 설비 확장이 용이합니다.

L-DAC

흡입 공기가 수산화나트륨이나 수산화칼륨 등이 용해된 액체를 지나면서 이산화탄소가 화학적 결합으로 흡착되고 고온에서 방출됩니다. 약 900℃까지 온도를 높이기 위한 열에너지와 습식 설비 및 냉각수 용도의 물 다량이 필요하며 이는 입지 제한 요소로 작용합니다. 대규모 설비에 적합하고 안정적인 설비 운영이 가능하다는 특징이 있습니다.