중국의 탄소포집(CCUS) 산업 발전 가속화

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중국의 탄소포집(CCUS) 산업 발전 가속화

KOTRA 해외시장뉴스

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• 우한무역관 김종원
• 2022-09-14

Keyword#CCUS #탄소포집 #탄소저장 #탄소중립 #에너지전환

CCUS는 중국 ‘화석에너지 배출 제로’ 실현의 비책으로 주목

중국 19개 성 CCUS 프로젝트 참여 중, 중국 CCUS 시장 규모 5700억 위안으로 예측

대기처리 설비, 소재 및 자원화 분야에서 신규 비즈니스 기회 창출 기대

중국은 '탄소피크(碳达峰, 2030년)', '탄소중립(碳中和, 2060년)' 목표를 수립하고 각종 정책을 시행 중이지만, 단기간 내에 석유, 석탄 등을 위주로 하는 에너지 구조를 신재생에너지로 전환하기 쉽지 않은 상황이다. 그 대안으로 CCUS 기술은 화석에너지 배출량을 최소화해 탄소중립을 달성하는데 핵심기술로 주목받고 있다. 현재 중국 정부의 육성정책에 따라 40여 개의 CCUS 시범사업이 시행되고 있으며, 2030~2035년에 CCUS 프로젝트 건설 및 전환의 피크를 맞이할 것으로 보인다.

CCUS, 에너지 구조 전환의 중간 매개체

2022년 6월 이후 전 세계적 폭염 현상으로 중국에서만 76개 도시의 기상관측소 측정 이래 사상 최고 기온을 기록했다. 고온으로 인한 신재생에너지의 발전량 감소는 세계 에너지 위기를 더욱 악화시키고 있으며, 심지어 일부 국가들은 화력발전을 재개할 조짐을 보이고 있다. 온실가스의 과다배출은 전 세계 기후 변화의 주요 원인이며, 이에 CCUS 기술을 통해 공기 중의 탄소를 포집하는 것은 탄소중립 실현의 중요한 수단이 되고 있다.

 * CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)는 CO₂(이산화탄소)를 배출원으로부터 분리해 직접 이용 또는 저장함으로써 CO₂의 배출량을 줄이는 산업 과정을 가리키며, 주요 기술단계는 포집, 운송, 이용 및 저장 등이 있음.

CO₂ 배출감축 목표 달성의 핵심은 태양광·풍력 등 청정에너지이지만 CCUS 기술 역시 목표 달성을 위한 대안이 되고 있다. IPCC(기후 변화에 관한 정부 간 협의체) 평가 보고서에 따르면, CCUS 기술을 도입하지 않는 국가들은 탄소배출 감축 목표를 달성할 수 없을 것이라며 지적했다. ‘세계 탄소중립 달성 시나리오 2025 예측’에서 Barclays Bank가 추정한 바에 따르면, CCUS는 탄소 배출량 감축의 17%에 기여할 것이며, 국제에너지기구(IEA)는 2050년까지 CCUS 감축 기여도가 9%에 달할 것이라 예측했다.

<2050년 각종 탄소중립 시나리오 기여율 예상도>

[자료: 국제에너지기구 IEA]

단기간에 석유, 석탄 등을 위주로 하는 중국의 에너지 구조를 전환하기란 쉽지 않기 때문에 중국에 CCUS 기술은 매우 중요하다. 2022년 6월 현재 중국의 화력발전량은 2조3751억kWh이며 풍력발전 3566억kWh, 태양광발전 1800억kWh, 수력발전 594억kWh, 원전은 1813억kWh에 불과하다. 이러한 상황에서 CCUS 기술은 탄소중립을 위한 중요한 수단이며, 화석에너지 의존도가 높은 탄소 배출기업에는 반드시 필요한 기술이다.

중국 생태환경부는 2050년과 2060년 중국의 CCUS 기술에 의한 CO₂ 감축 수요는 각각 6억~14억 톤과 10억~18억 톤이 될 것으로 예측했다. 그 중 2060년 바이오에너지의 이산화탄소 포집·저장(BECCS)과 직접 대기의 이산화탄소 포집·저장(DACCS)은 각각 3억~6억 톤과 2억~3억 톤가량의 감축이 필요하다. 중국의 에너지 산업구조를 고려했을 때 CCUS 기술은 탄소중립 목표(CO₂ 6억~21억 톤)를 달성할 것으로 예상된다.

<2025~2060년 중국 CCUS 감축 수요>

(단위: 억 톤/년)

[자료: 중국 생태환경부 환경계획원]

중국 CCUS 시장 규모 5700억 위안 달성 전망

CCUS 기술은 탄소피크 및 탄소중립정책 아래 더욱더 중국 정부의 주목을 받고 있다. 일부 통계에 따르면, CCUS 기술 발전을 위해 15개국, 104개의 지역 또는 도시에서 육성정책을 시행하고 있다고 한다. 구체적인 사업으로는 CCUS 시범공사 건설, CCUS 기술시범사업, CCUS 녹색 채권 리스트 포함 등이 있다.

2021년 3월, 중국 국무원은 <14.5규획과 2035년 전망 목표(‘14.5’规划和2035年远景目标)>를 발표해 CCUS 주요 시범 프로젝트 시행 계획을 제시했으며, CCUS 기술은 처음으로 국가 5개년 규획 중요 문건에 포함됐다. 또한, 2021년 10월 중국 국무원은 <2030년 전 탄소피크 행동방안(2030年前碳达峰行动方案)>을 발표하면서 처음으로 CCUS를 탄소피크 및 탄소중립 목표 실현을 위한 중요 기술로 포함시켰으며, 규모화 탄소 포집, 이용 및 저장 기술 연구개발, 시범 및 산업화 응용의 추진을 문건에 명시했다. 또한 중국 생태환경부 등 부서가 투자하는 기후 투자∙융자 사업에 CCUS 기술을 포함시켰으며, 중국 인민은행은 탄소배출 감소 지원을 위해 CCUS에 금융 지원하는 서비스를 출시했다.

<중국 CCUS 기술 관련 정책>

시기	기관	정책명	주요 내용
2022년 2월	발전개혁위원회, 국가에너지국	에너지 저탄소 전환체제·정책 보완 의견 (完善能源低碳转型体制和政策的意见)	- 화력발전 분야 CCUS 기술 연구개발과 시범사업의 지원정책 완비 - CCUS 기술 보급 시범 강화
2021년 11월	중국 인민은행	탄소저감 금융지원 도구 전국 출시 (在全国推出碳减排金融支持工具)	CCUS 프로젝트에 대한 금융 지원
2021년 10월	국무원	2030년까지 탄소피크 행동 방안 (2030年前碳达峰行动方案)	CCUS 시범 프로젝트 전체 프로세스, 단체화, 규모화 건설
2021년 3월	국무원	14.5 규획과 2035년 비전 목표 (‘14.5’规划和2035年远景目标)	- CCUS 기술 개발 - 탄소 포집, 이용, 저장하는 주요 시범 프로젝트 전개
2021년 1월	생태환경부	기후변화 대응과 환경보호 사업 강화 의견 (加强应对气候变化和环境保护工作的意见)	- CCUS 시범사업의 규모화, - 전 산업사슬에서 CCUS 시범 프로젝트 추진
2020년 10월	생태환경부, 발전개혁위원회	기후변화 대응 투자∙융자 촉진을 위한 지도의견 (促进应对气候变化投融资的指导意见)	기후 투자∙융자, CCUS 시범사업 전개 지원
2020년 7월	중앙은행, 발전개혁위원회, 증권감독관리위원회	녹색 채권 지원사업 목록 (绿色债券支持项目目录)	CCUS를 녹색 채권 리스트에 포함시켜 자금 조달 루트 확장
2016년 8월	국무원	13.5 국가과학기술혁신계획 (13.5国家科技创新规划)	CCUS 관련 과학기술의 발전 촉진
2013년 10월	발전개혁위원회	탄소포집, 이용, 저장을 위한 시범사업 추진 통지 (推动碳捕集利用和封存示范项目的通知)	CCUS 시범사업 시행

[자료: 화징산업연구원]

중국 CCUS 기술 발전 분석에 따르면, 중국의 석탄, 전기, 시멘트, 철강 등 업계의 감축 수요에다 정책적 육성, 기술 발전까지 더해지며, 2025년 중국의 CO₂ 포집기술 이용 및 저장량은 연간 2000만 톤에 달할 것이며, 생산액은 390억 위안에 달할 것이다. 2050년까지 광범위한 CCUS 기술 도입을 통해 총 생산액은 5700억 위안이 초과할 것으로 전망된다. 2025~2050년 CCUS 연평균 적합 성장률(CAGR)은 11.3%에 달할 것으로 보인다.

<2025~2050년 중국 CCUS 생산액 규모 예측>

(단위: 억 위안)

[자료: 중국 CCUS 기술 발전 추세 분석]

중국 CCUS 프로젝트, 19개 성에 걸쳐 활용 및 저장 방식 다양화

2022년 3월 Rystad Energy 발표에 따르면 전 세계적으로 CCUS 개발 투자가 10년 내에 급증할 것이라 전망했다. 2022년부터 2025년까지 4배 증가하고, 2022~2025년 누적 투자는 500억 달러를 넘어설 것으로 내다봤다. 현재 세계적으로 56개의 상업용 CCUS 프로젝트가 운영되고, 2025년까지 140개의 CCUS 공장이 설립될 예정이다.

향후 몇 년간 중국도 CCUS관련 영역에 상당한 투자를 할 것으로 보인다. CO₂ 포집량을 빠르게 높이기 위해 100만 톤급 프로젝트는 중국 CCUS의 주요 발전 및 투자 방향이 될 것이다. 중국에서 이미 진행 또는 계획 중인 CCUS 시범 프로젝트는 약 40개이며, 그 중 6개가 진행완료/진행 중/진행예정인 100만 톤급 CCUS 프로젝트로, 현재 약 400만 톤/년의 탄소 포집 능력을 가지고 있다.

<중국 주요 100만 톤급 CCUS 프로젝트 현황>

프로젝트명	유관기업	소재 지역	탄소포집 규모 (만 톤/년)	진행 상황
지루(齐鲁)석유화학-셩리(胜利)유전 CCUS 프로젝트	시노펙	산둥성 쯔보시	100	완료
통웬(通源)석유 100만 톤 탄소포집 이용 일체화 시범사업	통웬석유	신장 쿠처(库车)시	100	합자회사 설립
화넝(华能) 간쑤 100만 톤 탄소 포집 이용과 저장 연구 및 시범 프로젝트		간쑤성 칭양시	150	등록 완료
시노펙 300만 톤 CCUS 규모화 응용 시범공정	화넝그룹	/	300	제안
광후이(广汇)에너지 탄소 포집, 파이프라인 운송 및 기름 구동 일체화 CCUS 프로젝트	광후이에너지	신장 하미시	300	착공 건설 중
연장 석유 500만 톤 CCUS 공사		/	500	계획 설립 중

[자료: 베이지싱탄관자]

중국 CCUS 기술 프로젝트는 19개 성에서 추진하고 있으며, 그 유형도 다양하다. CO₂ 포집은 석탄 화력발전소의 연소 전, 연소 후 및 산소가 풍부한 연소 포집, 가스 화력발전소의 연소 후 포집, 석탄 화공 및 시멘트 저장소의 배기가스 포집 등 다양한 기술을 포함한다. CO₂ 저장 및 이용은 함수층 저장, EOR, 석탄층 메탄가스 회수증진(ECBM : Enhanced Coal-Bed Methane recovery), 우라늄 채취(In-situ Leaching of Uranium), CO₂ 광화 이용, CO₂ 합성 분해성 중합체, 미세조류 고정화 등 다양한 방식이 있다.

(1) 탄소 포집

2019년 5월 화룬(华润)전력그룹은 광둥성 선전(深圳)에 연간 포집량이 2만 톤인 CCUS 테스트 플랫폼을 구축했으며, 이는 세계 세 번째이자 아시아 최초의 멀티스레드 CCUS 기술 테스트 플랫폼이 됐다. 이 플랫폼은 전기 외에도 시멘트 및 철강과 같은 산업에서 가스 배출 및 포집을 시뮬레이션하고 기술 테스트를 제공할 수 있으며, 실제 가동 이후 순도 99.95%로 3만2000톤 이상의 CO₂를 포집했다.

<중국 화룬(华润) 전력 멀티스레드 CCUS 기술 테스트 플랫폼>

[자료: 탄소배출권 거래망]

2022년 8월 중국 CSSC 그룹의 자회사인 DSIC와 COSCO 에너지 운송사는 탄소 포집 및 저장 시스템을 적용할 수 있는 초대형 원유운반선(VLCC)을 공동 개발해 CCS(China Classification Society), DNV(Det Norske Veritas), ABS(American Bureau of Shipping)로부터 인정을 받은 바 있다.

<CCUS 기술을 적용한 초대형 원유운반선(VLCC)>

[자료: 중국선박집단]

(2) 지질의 이용 및 저장

2022년 8월 중국 최초의 100만 톤 CCUS 프로젝트(지루석화(齐鲁石化) – 셩리유전(胜利油田) 100만 톤 CCUS-EOR 프로젝트)가 공식적으로 가동됐다. CO₂ 포집, 오일 배출 및 저장 일체화 기술을 응용했으며, 이는 중국 CCUS 산업이 발전 단계를 거쳐 상업화 운영에 진입하기 시작했음을 의미한다. 지루석화는 탄소 포집 공정에서 액화 및 정화 기술을 사용해 석탄 가스화 장치 배기가스에서 CO₂를 회수하며, 셩리유전은 탄소 활용 및 저장 과정에서 CO₂를 유정에 주입해 석유 채산율을 크게 향상시켰다. 동시에 CO₂는 석유 및 가스의 치환, 용해 및 광물화를 통해 지하에 저장된다.

<4,000㎥ CO₂ 구형 탱크>                               <성리유전의 CO₂ 주입 작업>

[자료: 신화왕]

창칭유전(长庆油田)은 중국 북서부 고원 지역에 10만 톤 규모의 국가 CCUS 시범기지를 건설해 운영하고 있으며, 15만 톤의 CO₂를 2000m 깊이의 오일층에 주입해 주변 석탄 화공업체의 탄소 감축을 지원하고 유전 개발 효과도 향상시키고 있다. 또한, ‘14차 5개년 계획’ 기간 창칭유전은 연간 생산량 30만 톤의 CCUS 프로젝트를 시행할 계획이다.

<창칭유전 CCUS 프로젝트 종합 시험장>

[자료: 중국과학기술보]

(3) 화학 및 생물학적 이용

중국건축국제그룹(中国建筑国际集团)이 착수한 홍콩 최대의 음식물 쓰레기 재활용센터 건설 프로젝트는 2019년에 착공됐으며 2023년에 완공 및 가동될 예정이다. 이 프로젝트는 CCUS 기술을 활용해 산업에서 배출되는 CO₂와 콘크리트의 알칼리성 칼슘 및 마그네슘을 광물화 반응을 일으켜 콘크리트의 강도와 내구성을 향상시키는 동시에 탄소 고정 효과를 가져온다.

품질 검사를 통과한 후 해당 콘크리트 제품은 프로젝트의 벽 구조물 건축에 활용됐다. 1m³의 저탄소 콘크리트 제품을 사용할 때마다 홍콩 지역의 전통 제품과 비교해 61kg의 CO₂ 배출량을 감축할 수 있으며, 이는 나무 1그루의 3년치 CO₂ 흡수량과 비슷한 수치이다.

<벽 구조물 건축에 사용되는 저탄소 콘크리트 제품>

[자료: 중국 콘크리트망]

2021년 12월, 중국 최초의 기둥식 미세조류 광합반응기가 석탄화력 발전소 이산화탄소로 전환되는 시범공사를 완료했다. 1무(亩)당 미세조류 생산량과 감축되는 이산화탄소량은 전통 미세조류 반응기의 최소 5배이며, 생물 고탄소기술 경제원가를 대폭 낮추어 환경 및 사회 이익을 창출할 수 있다.

<미세조류 탄소저감 시범기지>

[자료: 중국 에너지 네트워크]

(4) CCUS 국제협력

중국은 CCUS 국제협력을 계속해서 강화하고 있다. 중국-영국 CCUS 센터와 중국-미국 청정에너지 공동연구센터를 잇따라 설립했으며, IEA(International Energy Agency), CSLF(Carbon Capture Leaders Forum), MI(Innovation Mission), CEM(Clean Energy Ministerial), Global CCS Institute 등 국제기구와도 폭넓게 협력하고 있다. 국제표준 제정에 적극적으로 참여하고 미국, 유럽 연합, 호주, 캐나다, 이탈리아 등의 국가와 CCUS 관련 다단계 양자 및 다자 과학기술 협력을 추진해왔다. 2022년 6월 CNOOC, Shell 및 Exxon Mobil은 광둥성 다야만(大亚湾) 지역에 "해상 대규모 CCUS 클러스터 프로젝트" 건설 협력 계약을 체결했다. 이 프로젝트를 통해 매년 1000만 톤의 CO₂를 해저에 저장할 수 있다. Shell 신재생에너지 부회장은 ”중국에서 탄소 포집 및 저장에 대한 수요가 급증하면서 Shell의 탈탄소화 관련 사업에 좋은 기회가 창출됐다”고 밝혔다.

<CNOOC, Shell, Exxon Mobil, 중국 해상 대규모 CCUS 클러스터사업 협력 협약 체결식>

[자료: 메이르경제신문]

시사점 및 전망

중국은 2030년 탄소정점, 2060년 탄소중립을 30년 간격으로 실현할 계획이다. 서방 국가들은 탄소피크 조기 실현으로 탄소중립 목표인 2050년까지 40~60년의 과도기를 갖지만, 중국은 에너지 구조 조정, 전기화 및 기타 탈탄소화 방법으로는 분명히 목표를 달성하기 쉽지 않은 현실이다. 그 안에서 CCUS 기술은 석탄 도태 기간을 최소 10년 이상 연장함으로써 에너지 전환으로 인한 경제와 고용 문제를 완화할 수 있는 화석연료 사용의 지속을 가능케 할 것이다.

전 세계적으로 보면, CCUS 기술은 빠르게 발전하고 있으며 일부 프로젝트는 성숙한 상업 응용 프로그램에 진입했다. 그러나 중국 CCUS 산업은 아직 전체적으로 산업 실증단계에 있으며 프로젝트 규모는 전반적으로 작고 일부 선진기술은 여전히 학습 및 연구 단계에 있다. ‘탄소피크(2030) 및 탄소중립(2060)’ 목표 실현 기한이 가까워짐에 따라 중국 CCUS 기술의 대규모 적용이 가속화될 것이며, 2030년에서 2035년까지 중국은 "화석에너지+CCUS" 건설 및 전환의 피크를 맞이할 것이다.

CCUS 기술의 산업 사슬은 다양한 산업과 직접적으로 연계돼 있어 중국의 거대한 CCUS 시장 잠재력은 탄소 포착 기술을 갖춘 업계 선두주자에 기회를 가져다 줄 것이다. 탄소 포집과정의 핵심 설비의 경우 CO₂ 증압기와 냉방기, 액화설비, 신형막 분리, 신형 흡수기술, 신형 흡착 등의 기술이 대규모로 필요하며, 응용이 다양하게 이뤄질 것이다. CO₂ 자원활용은 CCUS 기술의 탄소 부가가치 실현과 사업화를 위한 필수적인 선택이다. 고부가가치를 제공하고 응용 분야를 혁신적으로 확장할 수 있는 탄소자원 활용기술이 시장을 빠르게 점유할 것으로 보인다.

후베이성 창장산업투자그룹 Chen 부총경리는 “CCUS는 탄소배출 저감기술의 하나로 발전 잠재력이 크며, 화석에너지의 청정 사용을 가능하게 하는 기술이다. 현재 중국 CCUS 산업의 주요 원동력은 정부의 재정 지원 및 인센티브 정책이다. CCUS가 실증 단계에서 대규모 산업화 및 상업화 단계로 가면서 강제적인 감축과 및 탄소거래 시장은 주요 발전 동력이 될 것이다”라면서, “CCUS 기술은 향후 중국 전역의 탄소 배출권 거래 시장 및 CCER(Chinese Certified Emission Reduction)과 같은 탄소배출 감소시장에 편입될 수 있으며, 탄소배출 감축 보상 프로그램을 통해 CCUS 프로젝트는 안정적인 자금원을 확보할수 있으며, 관련 기업은 CCER를 통해 추가 수익을 거둘 수 있을 것으로 기대된다.” 라고 밝혔다.

자료: 중국 생태환경부 환경계획연구소, 국제에너지기구 IEA, Barclays Bank, 화징산업연구원, 중국탄소배출거래왕, 베이지싱탄관자, 신화왕, KOTRA 우한 무역관 자체 정리자료 등

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