《산업분석》 무탄소에너지(Carbon Free Energy)와 CCUS 기술, 시장 실태와 전망

[이윤배]

무탄소에너지(Carbon Free Energy)와 CCUS 기술, 시장 실태와 전망

주식회사 리서치컴퍼니 (https://researchcompany.co.kr) 

전 세계적으로 기후위기의 심각성이 더욱 확대 되면서 탄소중립을 위한 글로벌 요구가 강화되는 가운데, 주요 선진국을 중심으로 탄소중립을 위한 에너지 전환 속도도 빠르게 변화하고 있다.

그러나 최근 몇 년간 우크라이나-러시아 전쟁과 중동 정세의 불안 등 지정학적 충돌 증가와 미-중 경제 패권 갈등이 촉발되는 등 글로벌 경제 회복과 공급망(GVC)의 불확실성이 커지면서 탄소중립을 위한 기존의 에너지원 전환 시나리오에 대한 우려도 증폭되고 있는 실정이다.

이에 기존의 “NET-ZERO”, “RE-100”에 더하여 무탄소에너지(CFE)에 대한 국제적 관심과 논의가 확대되고 있으며, 우리나라는 무탄소에너지(CFE)연합을 결성하고 “CFE 이니셔티브”를 국제사회에 제안하는 등 논의를 선도해 가고 있다.

재생에너지원 확보에 태생적 한계를 갖고 있는 우리로서는 탄소중립이라는 더 큰 목표를 최소비용으로 달성하기 위해 재생에너지, 원전, 수소, 탄소 포집·활용·저장기술(CCUS) 등 다양한 무탄소에너지를 최대한 활용하는 포괄적인 접근법이 필요한 것이 사실이다

국제적으로도 재생에너지만으로는 탄소중립 달성이 현실적으로 불가능하므로 가용한 모든 무탄소에너지를 동원해야 한다는 것으로 패러다임 변화가 시작되고 있으며, 2023년 12월 기후변화협약 당사국총회(COP28) 합의문에도 COP 역대 최초로 재생에너지뿐만 아니라 원전·수소 등이 주요 탄소 감축 수단으로 함께 명기되기도 한 바 있다.

첨단산업 발전과 탄소중립 달성을 병행 추진하고 있는 미국·영국·프랑스 등 주요 선진국들도 대규모 전력 수급을 위해 재생에너지, 원전, 수소 등 모든 무탄소에너지를 조화롭게 확대하는 전략을 구사하고 있으며, 산업통상자원부와 CF연합은 2024년에는 주요국들과 함께 △CFE 국제표준 및 인증제도 설계 △CFE 글로벌 확산을 위한 국제공조 강화 △대(對)개발도상국 협력방안을 도출해 나가겠다는 계획을 밝히고 있다.

이러한 변화는 탈원전 정책을 폐기하고 수출 전략 산업으로 육성하려는 정부의 정책과 결을 같이하고 있으며, 기존의 재생에너지와 함께 수소산업과 CCUS 육성에도 전력을 다하고 있는 시점에서 CFE에너지 분야를 통한 신사업 기회 발굴과 글로벌 시장 창출이라는 두 마리 토끼를 잡기위한 기업의 노력이 그 어느때 보다도 필요한 것으로 지적되고 있다.

이에 당사에서는 CFE관련 글로벌 정책동향과 핵심 분야인 재생에너지, 원전, 수소 및 CCUS 관련 기술 및 시장 동향을 종합 분석하여 본서를 발간하게 되었으며, 동 분야에 관심이 있는 분들과 기업에 조금이나마 도움이 되기를 기대해 본다.

[ 도서 목차 ]
Ⅰ. 무탄소에너지(Carbon Free Energy) 동향과 전망
1. 탄소중립을 위한 CFE(Carbon Free Energy) 동향과 전망
  1-1. 탄소중립과 CFE(Carbon Free Energy)
    1) 탄소중립 개요
      (1) 탄소중립 관련 용어 개념
      (2) 주목받는 무탄소 에너지(Carbon Free Energy)
    2) 탄소중립을 위한 에너지 믹스 의 중요성
      (1) 탄소중립 배경
      (2) 탄소중립을 위한 에너지 믹스(Energy Mix)
  1-2. 주요국 탄소중립 목표 및 관련 정책
    1) 미국
      (1) 온실가스 배출현황 및 감축목표
      (2) 탄소중립 관련 정책
    2) 중국
      (1) 온실가스 배출현황 및 감축목표
      (2) 탄소중립 관련 정책
    3) 인도
      (1) 온실가스 배출현황 및 감축목표
      (2) 탄소중립 관련 정책
    4) EU
      (1) 탄소중립 감축목표
      (2) 탄소중립 관련 정책
    5) 독일
      (1) 온실가스 배출현황 및 감축목표
      (2) 탄소중립 관련 정책
    6) 일본
      (1) 온실가스 배출현황 및 감축목표
      (2) 탄소중립 관련 정책
  1-3. 국내 탄소중립 목표 및 관련 정책
    1) 국내 온실가스 배출현황 및 감축목표
      (1) 온실가스 배출현황
      (2) 온실가스 감축목표
    2) 국가 탄소중립·녹색성장 전략(안)
      (1) 개요
      (2) 추진 배경
      (3) 비전 및 추진전략
      (4) 탄소중립·녹색성장 4대 전략
      (5) 재정 투자 계획

2. 국내외 신재생에너지 시장 동향과 전망
  2-1. 글로벌 신재생에너지 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 신재생에너지 동향과 전망
      (1) 글로벌 동향 및 전망
      (2) 주요국 동향 및 전망
      (3) 국내 동향 및 전망
      (4) 재생에너지원별 동향
    2) 글로벌 신재생에너지 투자 동향
      (1) IEA, 2023년 청정에너지 기술에 1조 7,000억 달러 이상 투자 예상
      (2) 중국, 글로벌 재생에너지부문 43% 투자
  2-2. 주요국 신재생에너지 산업 및 정책 동향
    1) 미국
      (1) 신재생에너지 시장 현황
      (2) 신재생에너지 정책 동향
    2) 캐나다
      (1) 신재생에너지 시장 현황
      (2) 신재생에너지 정책 동향
    3) 독일
      (1) 신재생에너지 시장 현황
      (2) 신재생에너지 정책 동향
    4) 영국
      (1) 신재생에너지 시장 현황
      (2) 신재생에너지 정책 동향
    5) 중국
      (1) 신재생에너지 시장 현황
      (2) 신재생에너지 정책 동향
    6) 일본
      (1) 신재생에너지 시장 현황
      (2) 신재생에너지 정책 동향
    7) 호주
      (1) 신재생에너지 시장 현황
      (2) 신재생에너지 정책 동향
    8) 인도
      (1) 신재생에너지 시장 현황
      (2) 신재생에너지 정책 동향
  2-3. 국내 신재생에너지 산업 현황
    1) 국내 신재생에너지 산업현황 총괄
    2) 국내 신재생에너지 업종별 현황
      (1) 제조업
      (2) 건설업
      (3) 발전 및 열 공급업
      (4) 서비스업
      (5) 지역별 산업 현황
  2-4. 국내 신재생에너지 보급 현황
    1) 신재생에너지 생산량
      (1) 총괄
      (2) 생산실적
    2) 신재생에너지 발전량
      (1) 총괄
      (2) 발전실적
    3) 신재생에너지 설비용량
      (1) 총괄
      (2) 신규 설비용량(발전 부문)
      (3) 누적 설비용량(발전 부문)
  2-5. 국내 신재생에너지 관련 주요 정책과 추진전략
    1) 제10차 전력수급 기본계획 주요 내용
      (1) 개요
      (2) 기본 방향
      (3) 전력수요 전망
      (4) 발전설비 계획
      (5) 발전원별 정책방향
      (6) 재생에너지 백업설비 구성
      (7) 발전량 전망
      (8) 온실가스 배출목표 달성방안
      (9) 환경 개선효과
      (10) 전력계통 확충
      (11) 전력시장 개선(안)
    2) 제3차 지능형전력망 기본계획(2023∼2027)
      (1) 개요
      (2) 목표 및 추진전략
      (3) 주요 추진 과제
      (4) 투자계획
      (5) 추진 일정
    3) 재생에너지 정책 개선방안
      (1) 재생에너지 정책 현황
      (2) 재생에너지 정책 평가
      (3) 재생에너지 정책 방향
      (4) 재생에너지 정책 과제
      (5) 추진일정

3. 글로벌 원자력 발전산업 동향과 전망
  3-1. 원자력 발전산업 개요와 국내외 최근 동향
    1) 원자력발전 개요와 발전 방향
      (1) 원자력발전의 진화 방향
      (2) 4세대 원전에 대한 기대
      (3) SMR(소형모듈형원전) 개발 확대
    2) 글로벌 원자력발전 현황과 전략
      (1) 글로벌 원자력발전 현황
      (2) 주요국별 원자력발전 추진전략
    3) 국내 원자력 발전 동향과 전략
      (1) 원자력발전의 필요성
      (2) 국내 원자력발전 현황
      (3) 원전산업 생태계 복원과 육성
      (4) 원자력발전 기술개발 동향
      (5) 원전수출산업화 동향과 전망
  3-2. 유망 원자력발전 관련 시장 동향과 전망
    1) 소형모듈형 원전(SMR) 시장 동향과 전망
      (1) 소형모듈형 원전(SMR) 개요
      (2) 국내외 SMR 정책 및 개발 현황
      (3) 국내외 주요 기업 SMR 기술개발 및 사업화 동향
      (4) 국내 업체 해외 투자와 협력 현황
      (5) 글로벌 SMR 시장 규모 전망
    2) 글로벌 원전 해체산업 시장 동향과 전망
      (1) 원전 해체산업 특성
      (2) 원전 해체 절차
      (3) 글로벌 원전 해체 시장 동향 및 전망
      (4) 국내 원전 해체 시장 및 경쟁력 분석
  3-3. 주요국 원자력 발전 산업 동향과 전망
    1) 미국 원자력 산업 동향
      (1) 미국 원자력 산업 개요
      (2) 차세대 원전기술 개발 동향
      (3) 원전 수명연장 지원 강화
      (4) 향후 전망
    2) 영국 원자력 산업 동향
      (1) 영국 원자력 산업 개요
      (2) 신규 원전 건설 계획
      (3) 원자력 신기술 개발 동향
      (4) 향후 전망
    3) 프랑스 원자력 산업 동향
      (1) 프랑스 원자력 산업 개요
      (2) 원자력 정책과 건립현황
      (3) 미래형 원자로 EPR2 건립계획
      (4) 향후 전망
    4) 러시아 원자력 산업 동향
      (1) 러시아 원자력 산업 개요
      (2) SMR(소형 모듈 원전) 동향
      (3) 사용 후 핵연료 폐기물 처리
      (4) 원자력 발전 기술 개발 동향
      (5) 향후 전망
    5) 불가리아 원자력 산업 동향
      (1) 불가리아 원자력 산업 개요
      (2) 신규 원전 건설 계획
      (3) 향후 전망
    6) 헝가리 원자력 산업 동향
      (1) 헝가리 원자력 산업 개요
      (2) 신규 원전(PaksⅡ) 건설 계획
      (3) 향후 전망
    7) 튀르키에 원자력 산업 동향
      (1) 튀르키예 원자력 산업 개요
      (2) 원자력 발전 기술 개발 동향
      (3) 핵폐기물 처리
      (4) 향후 전망
    8) 일본 원자력 산업 동향
      (1) 일본 원자력 산업 개요
      (2) 일본, 원자력발전소의 재가동 요구
      (3) 향후 전망
    9) 중국 원자력 산업 동향
      (1) 중국 원자력 산업 개요
      (2) 신규 원전 건설 계획
      (3) 향후 전망
    10) 인도 원자력 산업 동향
      (1) 인도 원자력 산업 개요
      (2) 신규 원전 건설과 기술개발 동향
      (3) 향후 전망

Ⅱ. CFE(Carbon Free Energy) 대응 유망 기술, 시장 동향과 전망
1. 수소사회를 위한 수소에너지 관련 기술, 시장 동향과 전망
  1-1. 수소에너지 생산, 저장, 운송 분야 기술, 시장 동향과 전망
    1) 수소 생산 기술, 시장 동향과 전망
      (1) 수소생산 기술 개요
      (2) 글로벌 수소생산 시장 동향
      (3) 국내 수소생산 시장 동향
    2) 수소 저장·운송 기술, 시장 동향과 전망
      (1) 수소저장·운송 기술 개요
      (2) 글로벌 수소저장·운송 시장 동향
      (3) 국내 수소저장·운송 시장 동향
      (4) 액화수소 활용 수소운송 전망
  1-2. 수소 연료전지 기술, 시장 동향과 전망
    1) 연료전지의 정의 및 시스템 구성
      (1) 정의
      (2) 시스템 구성
    2) 전해질 종류에 따른 연료전지 분류
      (1) 알칼리 연료전지(AFC)
      (2) 인산형 연료전지(PAFC)
      (3) 용융탄산염 연료전지(MCFC)
      (4) 고체 산화물 연료전지(SOFC)
      (5) 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)
      (6) 직접 메탄올 연료전지(DMFC)
    3) 연료전지 활용분야와 시장 전망
      (1) 연료전지 응용분야와 기술별 장단점
      (2) 글로벌 연료전지 시장 동향과 전망
      (3) 국내 연료전지 시장 동향
  1-3. 수소연료전지차 기술, 시장 동향과 전망
    1) 수소연료전지자동차 정의 및 특징
      (1) 정의
      (2) 특징
    2) 수송부문 탈탄소와 수소자동차 역할과 가치사슬
      (1) 수송부문 수소자동차 역할
      (2) 수소자동차 가치사슬
    3) 글로벌 수소차 시장 규모 현황 및 전망
    4) 글로벌 수소충전소 개요와 시장 동향
      (1) 수소 충전소 개요
      (2) 국내외 수소충전소 시장 현황
  1-4. 수소연료전지 발전 기술, 시장 동향과 전망
    1) 수소연료전지 발전 개요
    2) 글로벌 수소연료전지 발전 시장 동향
      (1) 발전용 연료전지 시장 전망
      (2) 수소 연료전지 발전소 도입과 국가별 사례
      (3) 수소 연료전지 발전 동향과 국가별 전략
    3) 국내 수소연료전지 발전 시장 동향
      (1) 국내 발전용 연료전지 설비 구축 현황 및 목표
      (2) 국내 연료전지 전력거래량 추이 및 발전단가
      (3) 국내 지자체별 수소연료전지 발전소 추진 현황
  1-5. 국내 수소경제 대응 정책 동향과 전략
    1) 제1차 국가 탄소중립·녹색성장 기본계획('23∼'42)
      (1) 수송부문
      (2) 수소부문
    2) 수소경제 성장을 위한 3UP 전략
    3) 제1차 수소경제 이행 기본계획
      (1) 비전 및 전략
      (2) 주요 추진과제

2. CFE 대응 국내외 CCUS 기술, 시장 동향과 전망
  2-1. CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술 개요
    1) CCUS 개요
      (1) CCUS 정의 및 개념
      (2) CCUS 효용과 중요성
      (3) CCUS의 CO2 감축 기여도
    2) CCUS 기술의 분류
      (1) 포집(Capture)
      (2) 저장(Storage)
      (3) 활용(Utilization)
    3) CCUS 기술 수준과 투자 동향
      (1) 글로벌 CCU 기술 수준
      (2) 포집 비용 및 자금 조달 현황
      (3) 글로벌 CCUS 투자 동향
  2-2. CCUS 최근 이슈와 국내 CCUS 개발 현황
    1) 직접공기포집(DAC) 기술
      (1) 직접공기포집(DAC) 기술 개요
      (2) 미국 에너지부의 DAC 투자 동향
      (3) 미국 주요 기업 DAC 투자 동향
    2) CCUS 활용 블루수소 생산 기술개발 동향
      (1) CCUS 활용 블루수소 생산 동향
      (2) 글로벌 CCS 시설, 설비 현황
    3) 국내 CCUS 개발 현황
  2-3. 글로벌 CCUS 시장 전망과 주요국, 기업 동향
    1) 글로벌 CCUS 관련 시장 전망
      (1) 글로벌 CCUS 시장 전망
      (2) 글로벌 CCU 시장 전망
    2) 국내외 CCUS 관련 주요 기업 동향
      (1) 국내외 주요 기업 CCU 사업 동향
      (2) 국내외 CCUS 기술 분야별 주요 키플레이어
      (3) 오일 메이저 및 순수 CCUS 기술 기업
      (4) CCUS 기술 스타트업
  2-4. 주요국 CCUS 정책 동향과 국내 R&D 투자 동향
    1) 주요국 CCUS 정책 동향
      (1) 미국
      (2) EU
      (3) 일본
      (4) 중국
    2) 국내 CCUS 정책과 R&D 동향
      (1) 국내 CCUS 정책
      (2) CCUS 분야 정부 R&D 투자 동향
      (3) CCU(활용) 분야 정부 R&D 투자동향
  2-5. 국내 CCUS 관련 전략기술 개발 전략
    1) 이산화탄소 포집·활용(CCU) 기술혁신 로드맵(안)
      (1) 추진 개요
      (2) CCU 기술개발 동향
      (3) 세부 추진전략
      (4) 핵심 분야별 기술혁신 전략
    2) 탄소중립 기술혁신 추진전략 10대 핵심기술(CCUS 중분류별) 추진전략
      (1) 추진 개요
      (2) 저비용 CO2 포집 기술 개발 전략
      (3) 안전하고 효율적인 CO2 저장기술 개발 전략
      (4) 신산업 창출 CO2 활용기술 개발 전략

Ⅲ. CFE(Carbon Free Energy) 대응기술 연구개발 테마
1. 신재생에너지, 원전 분야 기술개발 연구과제
  1-1. 신재생에너지 기술 분야
    1) 탠덤 태양전지용 건식기반 페로브스카이트 30MW급 파일럿 양산 핵심 장비 개발
    2) M10 이상 대면적, 150μm 이하의 박형 결정질/박막 실리콘 이종접합(HJT) 태양전지 및 모듈 양산기술
       고도화(플래그쉽)
    3) 결정질 실리콘 기반 탠덤 태양전지 적용을 위한 전층 무기 페로브스카이트 상부셀 및 핵심소재 개발
    4) 전력피크 분산과 이용률 제고를 위한 동서형 건물 지붕(옥상) 태양광 기술개발 및 실증
    5) 경제성이 향상된 부유식풍력 하부구조물 설계 기술 개발
    6) 4 MW+급 풍력발전기용 메인 베어링 개발
    7) 해상풍력단지용 고정식 해상변전소(OSS) 기본설계(FEED) 및 상세설계 기술개발
    8) 신소재 기반 부유식 구조체 기술개발
  1-2. 혁신형 SMR 기술
    1) 중대사고 완화 및 방사성물질 저감 설비 개발
    2) 혁신형 SMR 열수력검증 기술개발
    3) 다물리통합 혁신형 SMR 3차원 노심검증 및 안전/성능해석 플랫폼 개발
    4) 혁신형 SMR 고유 중대사고 종합해석 평가기술 개발 및 완화 능력 평가
    5) 혁신형 SMR 비상노심냉각계통 밸브 및 격납용기장착형 격리밸브 개발
    6) 내장형 원자로냉각재펌프 개발 및 성능검증
    7) 즉발형 노내계측기 및 3차원 노심출력분포 합성법 개발
    8) 자율 운전 성능과 안전성 향상을 위한 다목적 고정밀 계측시스템 개발
    9) 혁신제조: 혁신형 SMR 핵연료집합체, 제어봉집합체 개발 및 시작품 제작
    10) 무붕산운전 최적 일체형 가연성중성자흡수봉 개발 및 시작품 제작
  1-3. 용융염원자로(MSR) 원천기술 분야(과기부)
    1) (노심) 해양용 MSR 노심 기술 개발
    2) (용융염 및 재료) 용융염 연료 및 재료 기술 개발
    3) (계통) 해양용 MSR 계통 기술 개발
    4) (안전성) 해양용 MSR 안전성 기술 개발
    5) (해양) MSR 해양 적용 기술 개발

2. 수소에너지, CCUS 분야 기술개발 연구 과제
  2-1. 수소에너지 기술 분야
    1) 대면적 알칼라인 수전해 시스템 개발
    2) 전력계통 안정화를 위한 연료전지 및 수전해 계통 연계 운영기술 개발
    3) 청정수소 활용을 통한 화학산업의 탄소중립 실현 공정 기술 개발
    4) (총괄) 극저온 액화수소 이송 시스템용 고품위 철강 주·단조재 부품화 기술개발
    5) (1세부) 항복응력 345MPa 이상 내균열성 향상 고망간강 합금설계 및 주·단조용 소재 개발
    6) (2세부) 4만㎥급 액화수소 이송 시스템용 고망간강 밸브, 플랜지, 피팅 부품개발
    7) 미래 모빌리티용 고온(200℃ 이상) 고분자막 연료전지 소재 개발
    8) 멀티스케일 모델링 기반 자가발전형 수소생산 원천 기술 개발
  2-2. 청정화력(수소/암모니아 혼소) 기술 분야
    1) 300MW급 (H급) 가스터빈 50% 수소혼소 변환 기술개발 및 실증
    2) 150MW(F급) 가스터빈 수소혼소 리트로핏 기술개발 및 실증
    3) 가스터빈 연소기 수소 연료전환 시험평가 기술개발
    4) 기력발전용 보일러 암모니아 혼소 전환 실증 기반기술 개발
    5) USC급 미분탄 보일러 암모니아 20% 혼소 기술개발 및 실증
    6) 발전용 순환유동층 보일러 암모니아 20% 혼소 기술최적화 및 실증
  2-3. CCUS 기술 분야(3년 이상 중장기과제)
    1) 직접공기포집(DAC) 원천기술 및 실증 기반기술 개발
    2) 공기 중 이산화탄소 동시 포집·전환 기술(RCC) 원천기술개발
    3) 선상 CO2 포집 및 처리 기술 개발
    4) 액체 CO2 운반선 운용 시나리오에 따른 CO2 상변화 고려 압력 제어기술 및 PRV 개발
    5) 네덜란드 고갈가스전 활용 해양 CCUS 최적 저장 설계 및 가스전 설비의 CCUS 설비 변환 기술 개발
    6) EOR 기술 적용을 통한 중동지역 CCS 저장소 발굴 및 주입 기술 개발
    7) 정유산업 접촉분해공정 배출 CO2 포집 파일럿(10톤/일) 공정 개발
    8) 정유공정 포집 CO2 활용 액체연료 생산 공정 핵심기술 개발
    9) 저순도 CO2 직접전환 기초유분 생산공정 핵심기술 개발
    10) 온실가스 저감형 CO2 활용 메탄올 생산기술 국산화
    11) CO2 활용 폴리카보네이트 제조기술 개발
    12) CO2 및 해양부산물활용 무기탄산염 생산기술 개발
    13) 고성능 해양 CO2 저장 모니터링 기술개발
    14) 해양 CO2 주입시스템 핵심기술 자립화
    15) 생체모방 탄소 자원화(Biomimetics carbon recycling)