CO₂ 포집 혁신: 대기와 산업에서 탄소를 제거하는 첨단 소재와 대형 프로젝트

• 2024년 대기 중 CO₂ 농도는 약 426ppm에 도달했으며, 이는 산업화 이전 대비 약 50% 높은 수치입니다.
• UC 버클리 연구진은 아연 수소화물 MOF인 ZnH-MFU-4_l을 개발하여 300°C의 고온 연도 가스에서 90% 이상의 효율로 CO₂를 포집할 수 있게 했으며, 이는 굴뚝에 직접 통합할 수 있는 가능성을 열었습니다.
• 2024년 10월, 폴리아민으로 장식된 공유 결합 유기체 COF-999가 실험에서 대기 중 CO₂를 완전히 제거했으며, 200g으로 연간 약 20kg을 포집하고 100회 반복 사용에도 안정성을 보였습니다.
• 새로운 MOF 필터는 기존 아민 시스템보다 약 17% 적은 에너지와 19% 낮은 비용으로 최대 99%의 CO₂ 제거를 시연하여 상당한 에너지 효율 향상을 보여주었습니다.
• Heirloom Carbon의 미네랄 루핑 기술은 석회석에서 유래한 산화칼슘을 사용해 CO₂를 수동적으로 흡수하고 가열 시 방출하며, 대규모 적용 시 톤당 100달러 미만의 제거 비용과 2023~2024년 1억 5천만 달러 이상의 자금 조달을 주장합니다.
• 노르웨이의 Brevik CCS 프로젝트는 2025년 시운전에서 Heidelberg Materials 시멘트 공장에서 CO₂ 포집을 시작했으며, 연간 약 40만 톤을 포집하도록 설계되었고, 액화된 CO₂는 Northern Lights 프로젝트의 일환으로 북해 해저 저장소로 운송됩니다.
• Climeworks의 Mammoth DAC 플랜트는 2024년 아이슬란드에서 72개의 집진기로 연간 최대 36,000톤의 CO₂를 포집할 수 있도록 가동을 시작했으며, 지열 에너지로 가동되고 2030년까지 메가톤, 2050년까지 기가톤 규모를 목표로 하고 있습니다.
• 미국은 DAC 허브에 35억 달러, 최대 9개의 신규 DAC 시설에 18억 달러, DAC CO₂ 저장 시 톤당 최대 180달러(점원 배출원 CO₂ 저장 시 톤당 85달러)의 45Q 세액공제, 그리고 운송 및 저장 인프라에 26억 달러를 지원하며 DAC 지원을 확대했습니다.
• 루이지애나의 Project Cypress DAC 허브는 연간 약 100만 톤의 CO₂를 포집할 계획이며, 최대 30억 톤을 저장할 수 있는 King Ranch 염수층을 활용합니다.
• 중국의 CarbonBox는 2024년 7월 신뢰성 시험을 통과한 최초의 국산 DAC 모듈로, 연간 100톤 이상의 CO₂를 99% 효율로 포집할 수 있으며, 수백만 톤 규모의 모듈식 배치를 목표로 설계되었습니다.

탄소 포집의 시급한 필요성

우리 대기의 이산화탄소(CO₂) 농도는 사상 최고치를 기록하고 있으며, 이는 위험한 기후 변화를 초래하고 있습니다. 2024년, CO₂ 농도는 약 426ppm에 도달했는데, 이는 산업화 이전 수준보다 대략 50% 더 높은 수치입니다 news.berkeley.edu. 배출량 감축이 매우 중요하지만, 전문가들은 이것만으로는 충분하지 않다고 입을 모읍니다. 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 전 세계 기후 목표를 달성하려면 이미 대기 중에 존재하는 수십억 톤의 CO₂도 제거해야 한다고 밝히고 있습니다 reuters.com, news.berkeley.edu. 여기서 탄소 포집 기술이 등장합니다. 이는 CO₂를 배출원(예: 발전소나 공장)에서 포집하거나, 심지어 대기 중에서 직접 포집해 ‘음(負)의 배출’을 달성하는 기술입니다. 한 기후 과학자는 탄소 제거에만 의존하는 것은 위험하다고 말했습니다 – “단기적으로 야심찬 배출 감축을 통해서만 효과적으로 위험을 줄일 수 있습니다… [하지만] CO₂ 제거(CDR)는 온난화를 늦추는 데 도움이 될 수 있습니다” reuters.comreuters.com. 요약하자면, 우리는 배출 감축과 함께 탄소 포집 및 제거가 필요하며, 최근의 혁신으로 이러한 기술의 실현 가능성이 높아지고 있습니다.

왜 탄소 포집인가? 감축이 어려운 산업(시멘트, 철강, 에너지)은 여전히 대량의 CO₂를 배출합니다. 탄소 포집은 이들의 배기가스에서 CO₂를 걸러내 대기로 방출되는 것을 막을 수 있습니다. 예를 들어, 시멘트 생산만으로도 전 세계 CO₂ 배출량의 약 7~8%를 차지하며, 이 ‘공정 배출’을 포집하는 것은 오랫동안 매우 어렵다고 여겨졌습니다 ccsnorway.com. 한편, 직접 공기 포집(DAC) 시스템은 대기 중 희박한 CO₂(약 0.04% 농도)를 포집할 수 있습니다. 이는 엄청난 도전이지만, 이미 대기 중에 축적된 CO₂를 감소시키려면 필수적입니다 news.berkeley.edu. “직접 공기 포집은 CO₂ 농도 상승을 되돌릴 수단으로 기대되고 있습니다… 이것 없이는 지구 온난화 1.5 °C 제한 목표를 달성할 수 없습니다,”라고 UC 버클리 기후변화센터는 IPCC의 결론을 요약했습니다 news.berkeley.edu.

최근까지 탄소 포집은 비용이 많이 들고, 에너지를 많이 소모하며, 대부분 파일럿 프로젝트에만 국한되어 있었습니다. 기존의 포집 방식은 대형 스크러버 타워에서 액체 아민(이산화탄소와 결합하는 화학물질)을 사용하는데, 이는 농축된 배기가스에는 효과적이지만 에너지를 많이 소모하며, 대기처럼 낮은 CO₂ 농도에는 효율적이지 않습니다 news.berkeley.edu. 그러나 2024~2025년에는 전 세계의 과학자와 엔지니어들이 CO₂ 포집을 획기적으로 더 효율적이고, 저렴하며, 대규모로 확장할 수 있게 해줄 새로운 구조와 기술을 공개했습니다. CO₂를 흡수하는 스펀지 같은 첨단 소재부터 수천 톤의 CO₂를 저장하는 대형 플랜트에 이르기까지, 이러한 혁신들은 대기 정화 경쟁을 가속화하고 있습니다.

아래에서는 CO₂ 포집 분야의 최신 돌파구를 살펴봅니다. 여기에는 첨단 소재(금속-유기 골격체, 공유 결합 유기 골격체, 흡착제), 새로운 공정(고온 포집부터 태양광 기반 DAC까지), 그리고 전 세계 주요 프로젝트와 이니셔티브가 포함됩니다. 또한 이러한 발전이 기후 변화 대응에 어떤 의미가 있는지에 대한 주요 과학자와 기후 전문가들의 인사이트도 담았습니다.

CO₂ 포집을 위한 첨단 소재: MOF, COF, 그리고 흡착제

탄소 포집의 주요 혁신은 소재 과학에서 일어나고 있습니다. 연구자들은 CO₂ 분자를 놀라울 정도로 잘 포집하는 새로운 다공성 고체를 개발했습니다. 두 가지 대표적인 소재는 금속-유기 골격체(MOF)와 공유 결합 유기 골격체(COF)입니다. 이들은 나노 크기의 기공을 가진 결정성 소재로, 기체를 위한 고표면적 스펀지처럼 작동합니다. 이러한 골격체는 CO₂에 달라붙는 화학적 작용기를 맞춤 설계할 수 있어, 기존의 액체 아민 필터에 비해 큰 개선을 제공합니다 energiesmedia.comatoco.com.

• MOF(금속-유기 골격체): MOF는 금속 원자가 유기 결합체로 연결되어 내부 표면적이 매우 넓은 개방형 격자를 형성합니다. “단 1g만으로도 축구장과 맞먹는 표면적을 가진다” energiesmedia.com. 과학자들은 MOF의 기공에 아민이나 기타 반응성 부위와 같은 작용기를 도입해 CO₂를 선택적으로 포집할 수 있습니다. MOF는 10년 넘게 CO₂ 포집 연구가 진행되어 왔으나, 최근 새로운 조성들이 성능을 한층 끌어올리고 있습니다. 예를 들어, 2024년 말 UC 버클리의 Jeffrey Long 교수팀은 고온의 배기가스에서 CO₂를 포집할 수 있는 MOF를 발견했습니다. – 300 °C로, 기존 소재의 한계를 훨씬 뛰어넘는 온도입니다 news.berkeley.edu. 이 MOF는 ZnH-MFU-4𝓁로 알려져 있으며, 아민 대신 기공 내에 수소화 아연(ZnH) 부위를 사용하고, 이 부위는 고온에서도 놀라울 정도로 안정적임이 입증되었습니다 news.berkeley.edu. “이번 발견은 과학자들의 탄소 포집에 대한 인식을 바꿀 것입니다. 우리는 MOF가 지금까지는 불가능하다고 여겨졌던 전례 없는 고온에서 CO₂를 포집할 수 있음을 밝혔습니다…”라고 이번 연구의 공동 저자인 Kurtis Carsch 박사는 말했습니다 news.berkeley.edu. 이 소재는 모의 배기가스에서 90% 이상의 CO₂ 포집(‘딥 캡처’라 불리는 수준)을 달성했으며, 약 300 °C에서도 최고의 아민계 흡착제와 맞먹는 용량을 보였습니다 news.berkeley.edu. 이는 시멘트, 철강 등 배기가스 온도가 200–400 °C에 이르는 산업에 혁신적인 변화가 될 수 있습니다 news.berkeley.edu. 기존 포집 기술을 쓰기 위해 복잡한 냉각 시스템을 설치하는 대신, 이런 고온 MOF는 언젠가 굴뚝에 바로 통합될 수 있습니다. Long 교수는 “이번 연구는 적절한 기능성, 즉 수소화 아연 부위를 도입하면 300 °C와 같은 고온에서도 CO₂의 빠르고 가역적이며 고용량 포집이 실제로 가능함을 보여줍니다”라고 밝혔습니다 news.berkeley.edu. 연구진은 현재 이 MOF의 변형체를 탐구하고 금속 부위를 조정해 다른 가스를 표적하거나 용량을 더욱 높이는 연구를 진행 중입니다 news.berkeley.edu.
• COFs(공유 유기 골격체): COF는 MOF와 비슷하지만 금속이 없고, 오직 가벼운 원소(C, H, N, O)만이 강한 공유 결합으로 연결되어 있습니다. 이로 인해 특정 조건에서 더 견고할 수 있습니다. 2024년 10월, Prof. Omar Yaghi(MOF/COF의 발명가)와 Prof. Laura Gagliardi가 이끄는 연구팀은 COF-999라는 새로운 CO₂ 포집 COF를 공개했으며, 이 소재는 그 성능으로 연구자들을 놀라게 했습니다 pme.uchicago.edu. COF-999는 육각형 채널이 있는 다공성 격자로, “폴리아민으로 장식된” 구조입니다. 즉, 아민기가 긴 사슬 형태로 기공 내부에 성장되어 있습니다 pme.uchicago.edu. 이 아민들은 CO₂를 잡아주는 분자 갈고리 역할을 합니다. UC 버클리에서의 실험에서, 소량의 COF-999 샘플만으로도 대기 중 CO₂를 완전히 제거할 수 있었습니다. “우리는 버클리의 공기, 즉 실외 공기를 이 소재에 통과시켜 성능을 확인했는데, 정말 아름다웠습니다. 공기에서 CO₂를 완전히 제거했습니다. 전부요,”라고 Yaghi 교수는 전했습니다 news.berkeley.edu. 연구진에 따르면, 200그램의 COF-999(약 0.5파운드)는 연간 20kg의 CO₂를 포집할 수 있는데, 이는 성숙한 나무 한 그루가 흡수하는 양과 비슷합니다 news.berkeley.edu. 중요한 점은, COF-999가 매우 안정적이라는 것입니다. CO₂를 포집하고 방출하는 100회 반복 실험에서도 분해가 전혀 없었습니다 pme.uchicago.edu. “화학적, 열적으로 매우 안정적이며, 최소 100회 이상 사용할 수 있습니다,”라고 Gagliardi 교수는 말했습니다 pme.uchicago.edu. 이 내구성은 큰 문제를 해결합니다. 이전의 많은 소재들은 반복 사용, 특히 공기 중의 수분이나 오염물질로 인해 쉽게 분해되었습니다. COF-999의 골격은 화학적으로 가장 강한 결합 중 하나인 올레핀(탄소-탄소) 결합으로 이루어져 있습니다 news.berkeley.edu. 일부 MOF는 습한 공기나 염기성 조건에서 분해되었지만, 이 COF는 물, 산소, 기타 기체에도 강합니다 news.berkeley.edu. “공기에서 CO₂를 포집하는 것은 매우 도전적인 일입니다. 높은 용량, 높은 선택성, 수분 안정성, 낮은 재생 온도, 대량 생산 가능성 등 많은 조건이 필요합니다… 정말 어려운 과제입니다,”라고 Yaghi 교수는 설명했습니다. “이 COF는 강한 골격을 가지고 있고, 더 적은 에너지가 필요하며, 100회 반복 실험에서도 견딜 수 있음을 보여주었습니다.용량 손실 없이. 다른 어떤 소재도 이와 같은 성능을 보인 적이 없다” news.berkeley.edu. 실제로, 야기는 COF-999를 “직접 공기 포집을 위한 현존 최고의 소재”라고 불렀다 news.berkeley.edu. CO₂ 흡착량은 흡착제 1그램당 최대 2 밀리몰에 달해 고체 흡착제 중 최고 수준에 속한다 news.berkeley.edu. 그리고 약 60 °C(140 °F)로 가열할 때 CO₂를 방출하기 때문에, 재생을 위해 저온의 열원도 활용할 수 있다 news.berkeley.edu. 연구팀은 이미 AI 기술을 활용해 더 뛰어난 프레임워크를 설계하고 있으며, 재생 전 “CO₂를 두 배 더 많이” 포집할 수 있는 소재를 목표로 하고 있다 pme.uchicago.edu. 이러한 AI 기반 발견은 점점 더 확산되는 추세다. 예를 들어, 일리노이 시카고 대학과 아르곤 국립연구소의 연구진은 최근 계산 프레임워크를 이용해 12만 개의 가상 MOF 구조를 선별해 CO₂ 포집에 유망한 후보를 찾아냈다 energiesmedia.com. 야기 연구실은 또한 Atoco라는 스타트업을 설립해 이러한 레티큘러 소재의 탄소 포집 상용화를 추진하고 있다.
• 고체 흡착제 및 기타 소재: MOF와 COF를 넘어 다양한 새로운 고체 흡착제가 시험되고 있습니다. 여기에는 개질된 제올라이트, 다공성 고분자, 이온 교환 수지, 심지어 생체 모방 소재도 포함됩니다. 많은 소재가 아민 그룹으로 기능화되어 CO₂를 화학적으로 결합합니다. 목표는 액체 아민 용액보다 재생에 적은 에너지가 들면서도 CO₂에 대한 높은 용량과 선택성을 달성하는 것입니다. 일부 스타트업은 효소 기반 흡착제 또는 전기화학적 CO₂ 포집(열 대신 전기를 사용해 CO₂ 방출을 유도)을 탐구하고 있습니다. 미국의 Heirloom Carbon과 같은 다른 기업들은 천연 광물을 활용하는 다른 방식을 취합니다. Heirloom은 산화칼슘(석회석에서 유래)을 펼쳐 놓아 공기 중 CO₂를 수동적으로 흡수해 탄산칼슘으로 전환한 뒤, 가열하여 순수 CO₂를 방출하고 산화물을 재생합니다. 이 광물 루핑 방식은 저렴하고 풍부한 소재(사실상 가속화된 석회석 풍화)를 활용합니다. 2023~2024년 Heirloom은 대규모 확장을 위해 1억 5천만 달러 이상의 주요 투자를 유치했으며, 첫 상업 시설을 건설 중입니다 businesswire.com, heirloomcarbon.com. 팬을 사용하는 시스템보다 느리지만, 광물 기반 DAC는 저비용이 가능하고 열로 작동합니다. Heirloom은 대규모로 톤당 100달러 미만의 제거 비용 달성이 가능하다고 주장합니다. 한편, 막을 이용한 CO₂ 포집은 점진적으로 개선되고 있으나, 주로 고농도 가스에 적합합니다. 연구자들은 또한 하이브리드 흡착제(예: 효소나 액체 유사 소재를 고체 지지체에 결합) 개발을 통해 각 소재의 장점을 결합하고 있습니다. 소재 분야는 AI 설계와 고속 실험 덕분에 빠르게 확장되고 있습니다. 한 에너지 미디어 매체는 “정교한 금속-유기 골격체… 분자 스펀지처럼 작동한다”고 언급했으며, 진공 스윙 사이클과 같은 스마트 공정 엔지니어링과 결합할 때, 새로운 시스템은 실험실 테스트에서 최대 99% CO₂ 제거를 시연했습니다. 이는 기존 기술의 50~90%보다 훨씬 높은 수치입니다 energiesmedia.com. 요약하면, 첨단 소재 덕분에 탄소 포집이 더 효율적(일부 경우 CO₂의 95~99% 이상 포집)이고, 더 적은 에너지를 사용하게 되었습니다. 예를 들어, 한 신형 MOF 필터는 기존 아민 시스템 대비 약 17% 적은 에너지와 19% 낮은 비용으로 동일한 CO₂ 포집률을 달성했습니다 energiesmedia.com. 이러한 모든 진전은 매우 중요합니다. 에너지 사용이 줄면 운영비가 저렴해지고, 포집 공정 자체의 기후 영향도 줄어들기 때문입니다.

혁신적인 CO₂ 포집 공정 및 시너지

새로운 소재와 함께, 엔지니어들은 CO₂를 포집하고 방출하는 방법을 재창조하여 이 과정을 더욱 실용적으로 만들고 있습니다. 기존의 탄소 포집은 종종 온도 또는 압력 스윙 흡착을 사용합니다. 즉, 흡착제를 가스에 노출시켜 CO₂를 흡착하게 한 다음, 조건을 변경(가열하거나 압력을 낮춤)하여 CO₂를 방출하게 하여 저장합니다. 새로운 기술들은 이 사이클을 개선하고 있습니다:

• 수분 스윙 & 물 수확 시너지: 2024년의 혁신적인 아이디어는 수증기를 이용해 CO₂ 탈착을 돕는 것이었습니다. Nature Communications (2024년 11월)에 발표된 논문에서, 연구진은 습도의 급격한 증가가 DAC 흡착제 재생에 필요한 에너지를 획기적으로 줄일 수 있음을 보여주었습니다 nature.com. 이 방법은 고체 아민 흡착제를 사용해 공기 중에서 물과 CO₂를 동시에 포집한 뒤, 약 100 °C에서 농축된 수증기를 주입하여 효과적으로 CO₂를 흡착제로부터 밀어내는 방식입니다. 이 과정은 97.7% 순도의 CO₂(저장 또는 활용 준비 완료)를 얻었고, 동시에 깨끗한 물도 생산했으며, 진공 펌프나 고압 증기 보일러가 필요하지 않았습니다 nature.com. 실제로, 현장에서 간단한 수증기 퍼지 만으로도 포집된 CO₂의 98%를 회수할 수 있었고, 에너지 투입도 약 20% 절감되었습니다 nature.com. 더욱 인상적인 점은, 이들이 태양열만으로 구동되는 프로토타입을 시연했다는 것으로, 외딴 지역에서 재생에너지로 작동하는 DAC 유닛의 가능성을 보여주었습니다 nature.com. 이 “분산형 DAC” 개념은 – 햇빛과 대기 중 수분을 활용하여 – 물이 부족한 지역에서도 저렴하게 탄소를 제거하고 동시에 물을 생산할 수 있게 해줍니다. 이는 문제에 대한 영리한 접근입니다. 일반적으로 CO₂ 포집에서 물은 오염물(습한 공기는 많은 흡착제의 효율을 떨어뜨림)로 여겨지지만, 여기서는 오히려 CO₂ 방출을 돕는 요소가 됩니다.
• 에너지 효율적인 재생: 또 다른 초점은 CO₂ 방출 단계에서 더 높은 효율을 끌어내는 것입니다. 한 예로는 열 통합이 있습니다. 노르웨이에서 세계 최초로 시멘트 공장에 적용된 탄소 포집 프로젝트(이후에 논의됨)에서는 엔지니어들이 탄소 포집 열 회수 시스템을 구현했습니다. CO₂ 압축기에서 발생하는 폐열을 재활용하여 아민 스크러버를 구동하는 데 필요한 증기를 생성하며, 이는 재생에 필요한 열의 약 3분의 1을 공급합니다 man-es.com. 그렇지 않으면 낭비될 열을 재사용함으로써, 이 시스템은 포집의 에너지 페널티를 크게 줄입니다 man-es.com. 공정의 디지털 최적화로 시동 시간이 단축되고 불필요한 부품이 제거되어 시스템의 운전 유연성도 높아졌습니다 man-es.comman-es.com. 이와 유사하게, 많은 새로운 포집 시스템은 진공 또는 압력 스윙 흡착과 첨단 흡착제를 사용하여 가열을 완전히 피합니다. 이들은 상온에서 흡착제에서 CO₂를 방출하기 위해 진공을 걸어 에너지를 절약합니다. 일부 설계는 두 개 이상의 흡착제 베드를 번갈아 사용하여, 하나는 포집하고 다른 하나는 재생함으로써 연속 운전을 보장합니다(이는 Climeworks의 DAC 모듈이 작동하는 방식으로, 저압 증기나 진공을 사용해 필터를 재생합니다).
• 전기화학적 및 촉매적 접근법: 열/압력 스윙 외에도, 기업들은 전기로 구동되는 CO₂ 포집 기술을 혁신하고 있습니다. 예를 들어, MIT에서 분사된 Verdox라는 회사는 전기 스윙 흡착을 개발 중인데, 전압을 가하면 소재의 CO₂ 친화성이 변합니다. 즉, 흡착제를 “충전”하여 CO₂를 포집하고, “방전”하여 CO₂를 방출하는 방식으로, 큰 열이 필요하지 않습니다. 이는 재생 가능 전기로 구동될 수 있고, 모듈식 확장이 가능합니다. 다른 연구자들은 촉매를 용매 기반 시스템에 추가하여 CO₂ 방출에 필요한 에너지를 낮추고 있습니다(예: 탄산탈수효소나 금속 촉매를 사용해 더 낮은 온도에서 CO₂-아민 결합을 분해). 이러한 접근법은 대부분 연구개발 단계에 있지만, 단순한 열 대신 더 스마트한 화학을 이용해 포집의 에너지 비용을 줄일 수 있는 유망한 분야입니다.
• 하이브리드 시스템(CCUS): 일부 새로운 시스템은 경제성을 높이기 위해 CO₂ 포집과 즉각적인 활용을 결합합니다. 예를 들어, 직접 공기 포집을 연료로 전환하는 설계가 있는데, 이는 공기에서 뽑아낸 CO₂를 반응기(그린 수소와 함께)에 주입해 합성 연료를 만드는 방식입니다. DAC 장치를 연료 합성이나 콘크리트 생산(건축 자재로 CO₂를 광물화)과 결합한 파일럿 프로젝트도 있습니다. 주목할 만한 프로젝트로는, Carbon Engineering의 DAC 기술이 Air Company의 연료 합성과 결합되어 대기 중 CO₂로 제트 연료를 생산하는 공장이 제안된 바 있습니다. 또 다른 하이브리드 개념은 BECCS(바이오에너지와 CCS 결합)로, 바이오매스 발전소가 CO₂ 배출을 포집해 – 식물이 대기 중 탄소를 고정한 덕분에 순-음의 배출을 달성합니다. 이러한 혁신은 아직 초기 단계이지만, 포집 비용을 상쇄할 수 있는(연료, 제품 등) 수익원을 창출할 수 있어 기술 확산에 도움이 될 수 있습니다.

전반적으로, 핵심 주제는 효율성과 통합입니다. CO₂ 포집 장치를 최소한의 에너지로 CO₂를 수확하는 스마트 기계처럼 만들고, 종종 자연적 과정(물 순환, 폐열, 재생에너지 등)을 활용합니다. 이러한 공정 혁신과 첨단 소재의 결합으로 실험실과 초기 시연에서 기록적인 성과가 나오고 있습니다. 예를 들어, 맞춤형 MOF 필터와 진공 스윙 사이클을 사용해 한 연구팀은 최근 실험실 테스트에서 99% CO₂ 제거를 달성했고, 기존 방식보다 약 17% 적은 에너지를 사용했습니다 energiesmedia.com, energiesmedia.com. 이러한 모든 개선은 대규모로 비용 효율적인 탄소 포집의 꿈에 한 걸음씩 다가가게 합니다.

원천에서의 탄소 포집: 산업 정화

CO₂를 점원(source)에서 포집하는 것 – 예를 들어 발전소, 공장, 정유소 등 – 은 기후 완화의 핵심 요소입니다. 이들 원천은 고농도·대량의 CO₂를 배출하므로, 이곳에서 포집하면 대기 중으로의 대규모 배출을 사전에 막을 수 있습니다. 2024~2025년에는 점원 탄소 포집을 촉진하는 주요 발전이 있었습니다:

• 시멘트 & 철강 – 최초의 대규모 프로젝트: 2025년 초, 노르웨이의 Longship 탄소 포집 및 저장 프로젝트가 역사적인 이정표를 세웠습니다. Brevik CCS 시설이 세계 최초로 시멘트 공장에서 대규모 CO₂ 포집 플랜트가 된 것입니다 ccsnorway.com. 2024년 말에 건설을 완료한 후, Brevik CCS는 노르웨이 Brevik에 위치한 Heidelberg Materials의 시멘트 공장에서 CO₂ 포집을 시작했습니다. 2025년 5월까지 이미 시운전 테스트 중에 1,000+톤의 CO₂를 안전하게 포집했습니다 ccsnorway.com. 완전 가동 시에는 연간 400,000톤의 CO₂를 포집하여 공장 배출량의 약 50%를 제거하게 됩니다 man-es.com. 이 CO₂는 현장에서 액화되어 Northern Lights 프로젝트의 일환으로 북해 아래의 영구 저장소로 운송됩니다 ccsnorway.com. 이는 중공업 분야의 돌파구입니다. Gassnova(노르웨이 CCS 기관)는 다음과 같이 밝혔습니다. “시멘트 부문은 전 세계 CO₂ 배출량의 7–8%를 차지합니다… 이 산업의 공정 배출을 포집하는 것은 오랫동안 매우 도전적인 일로 여겨졌습니다. Brevik CCS가 실제로 CO₂를 포집하고 있다는 사실은 기술적, 산업적으로 돌파구입니다” ccsnorway.com. 이는 “감축이 어려운” 산업 CO₂도 대규모로 포집할 수 있음을 입증합니다. 다음으로, 오슬로의 노르웨이 폐기물 에너지화 플랜트가 2026년에 CO₂ 포집(연간 약 40만 톤)과 함께 가동될 예정으로, 다양한 분야에서 CCS를 추가로 입증할 것입니다.
• 산업용 고온 포집: 철강 및 시멘트와 같은 산업의 큰 장벽 중 하나는 배기가스가 너무 뜨겁다는 점이었습니다(일반적인 CO₂ 스크러버는 가스를 약 40–60 °C로 냉각해야 함). 이러한 가스를 냉각하는 데는 에너지와 물이 소모되어 도입이 저해되었습니다 news.berkeley.edu. UC 버클리에서 개발한 새로운 아연 하이드라이드 MOF(앞서 언급됨)는 이 문제를 직접적으로 해결합니다: 이 소재는 300 °C에서 CO₂를 포집할 수 있는데, 이는 시멘트/철강 굴뚝 가스의 일반적인 온도입니다 news.berkeley.edu. 실제 배기가스를 모사한 테스트(20–30% CO₂, 기타 가스 포함)에서 이 MOF는 용광로와 같은 고온에서도 CO₂의 90% 이상을 포집했습니다 news.berkeley.edu. 이러한 소재는 대형 냉각장치 없이 산업용 용광로에 포집 시스템을 레트로핏할 수 있게 해줄 수 있습니다. Carsch 박사는 이것이 “분리 과학의 새로운 방향”을 연다고 언급했는데, 극한 조건에서 작동하는 흡착제를 설계하는 것입니다 news.berkeley.edu. 현재로서는 대부분의 포인트 소스 포집 프로젝트가 여전히 개선된 아민 용매나 암모니아 기반 포집을 사용하고 있지만, 이들 역시 발전하고 있습니다. 예를 들어 중국은 2024년에 여러 석탄 화력발전소에서 탄소 포집을 시범 운영할 계획을 2027년까지 발표했으며, 바이오매스 및 암모니아 혼소 실험도 병행하여 배출을 줄이고 있습니다 spglobal.com. 중국 엔지니어들은 자체 용매 기반 포집 시스템과 발전소 굴뚝 가스용 멤브레인 컨택터까지 개발했습니다. 정책 지원이 확대됨에 따라(중국의 2024년 지침은 CCUS를 공식 탈탄소화 로드맵에 포함시켰음 climateinsider.com), 곧 아시아의 석탄 및 가스 발전소에서 대규모 포집 실증 설비가 등장할 것으로 예상됩니다.
• CCS가 적용된 천연가스 발전: 미국과 영국에서는 완전한 탄소 포집이 적용된 최초의 가스 화력 발전소 건설 계획이 진전되고 있습니다. 영국 티사이드 지역의 Net Zero Teesside 프로젝트는 이 10년 말까지 새로운 가스 발전소에 CCS를 적용해 CO₂를 북해 해저 저장소로 보낼 계획입니다. 미국에서는 NET Power(미국 스타트업)가 Allam 사이클 발전소를 개발했는데, 이는 천연가스를 순수 산소와 CO₂ 환경에서 연소시켜 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림을 생산하는 발전 사이클로, 액체 CO₂를 바로 저장할 수 있습니다. 300MW 규모의 NET Power 발전소가 2026년까지 텍사스에서 가동될 예정이며, 이 분야 최초의 무배출 가스 발전소가 될 수 있습니다. 이러한 통합 설계는 거의 100%의 CO₂를 포집하면서 청정 전력을 생산할 수 있습니다.
• 더 저렴한 용매와 모듈형 시스템: 여러 기업들이 점진적으로 더 나은 포인트 소스 포집 기술을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 미쓰비시 중공업과 아커 카본 캡처는 모두 기존 아민 대비 에너지 사용량을 약 30% 줄인 개선된 아민 용매 시스템을 도입했습니다. 이는 CO₂를 동일하게 강하게 결합하지만 더 쉽게 방출하는 독자적인 화학 기술 덕분입니다. 모듈형 포집 유닛(스키드 장착형)이 출시되어, 대규모 인프라 없이도 소규모 산업 배출원(예: 에탄올 공장이나 시멘트 소성로)에서 하루 30~100톤의 CO₂를 포집할 수 있습니다. 이러한 소형 유닛은 용량을 늘리기 위해 복제할 수 있습니다. 일본에서는 정부가 2030년까지 연간 600만~1,200만 톤의 CO₂(산업 부문 포함) 포집 목표를 세우고 차세대 용매 및 흡착법에 대한 연구개발을 지원하고 있습니다 iea.org. 목표는 각 시설마다 맞춤형 대형 프로젝트가 아니라, 많은 시설에서 탄소 포집을 플러그 앤 플레이 방식으로 만들자는 것입니다.

전반적으로 2024~2025년의 포인트 소스 탄소 포집은 파일럿 단계를 넘어 실제 산업 현장에서 CO₂를 포집하는 프로젝트로 전환되고 있습니다. 브레빅과 같은 최초의 플랜트가 실현 가능함을 입증하면서, 이제 초점은 비용과 에너지 사용 절감에 맞춰지고 있습니다. 이 부분에서 새로운 소재와 공정이 큰 역할을 할 것입니다. 궁극적인 비전은 가까운 미래에 석탄 발전소나 시멘트 공장이 첨단 흡착제(예: MOF 펠릿 등)로 채워진 모듈형 포집 시스템을 간단히 장착해, 뜨겁고 오염된 배기가스에서도 CO₂의 90% 이상을 제거하고, 그 CO₂를 제품으로 재활용하거나 안전하게 지하에 저장하는 것입니다. 이러한 솔루션이 확산되면, 청정 대체재로 전환되는 과도기 동안 필수 산업의 탄소 발자국을 크게 줄일 수 있습니다.

직접 공기 포집: 대기 중 CO₂를 직접 제거하기

포인트 소스 포집이 새로운 배출을 막는 반면, 직접 공기 포집(DAC)은 이미 대기 중에 존재하는 CO₂를 실제로 줄이는 것을 목표로 합니다. DAC는 종종 “대기 청소기”에 비유되는데, CO₂가 공기 중에 약 0.04%밖에 없다는 점에서 매우 어려운 과제입니다. 하지만 2024~2025년에는 DAC가 실제로 가동되는 플랜트가 등장하고, 더 나은 흡착제가 개발되면서 이 기술의 실현 가능성이 높아졌습니다.

DAC 시설 확장: 2024년 5월, 스위스 기업인 Climeworks가 아이슬란드에서 현재까지 세계 최대 규모의 DAC 플랜트인 Mammoth를 가동하기 시작했습니다 climeworks.com. Mammoth는 Climeworks의 이전 Orca 플랜트보다 약 10배 더 큽니다. 완전히 가동되면, 72개의 모듈식 CO₂ 집진기가 연간 최대 36,000톤의 CO₂를 대기 중에서 포집할 예정입니다 climeworks.com. 이 플랜트는 아이슬란드의 재생 가능한 지열 에너지를 사용하며, 포집된 CO₂는 아이슬란드 파트너인 Carbfix에 전달되어 지하 깊숙이 주입되어 암석으로 광물화됩니다 climeworks.com. Mammoth는 2024년에 집진기 12대를 설치하며 가동을 시작했고, “첫 CO₂ 포집”을 시작했으며, 2024년 말까지 완공될 예정입니다 climeworks.com. Climeworks의 공동 CEO인 Jan Wurzbacher는 이를 “2030년까지 메가톤, 2050년까지 기가톤 규모로 확장하는 여정의 또 다른 증거”라고 표현하며, 대규모 DAC 최적화에 대한 실질적인 경험을 쌓고 있다고 강조했습니다 climeworks.com. 실제로 Climeworks는 이미 7년간 현장 운영 경험을 쌓았으며, 플랜트에서 매일 2억 개의 데이터 포인트를 처리해 성능을 개선하고 있습니다 climeworks.com. Mammoth에서 얻은 교훈은 더 큰 프로젝트에 반영될 예정입니다. Climeworks는 미국 내 제안된 세 개의 “메가톤” DAC 허브에 참여하고 있으며, 이들 모두는 2023년 미국 에너지부로부터 초기 자금을 지원받았습니다 climeworks.com. 그 중 가장 큰 루이지애나의 Project Cypress는 2023년 초 엔지니어링 착수를 위해 5천만 달러를 지원받았으며, 완공 시 연간 100만 톤의 CO₂를 포집할 계획입니다 climeworks.com. 이 미국 DAC 허브들은 풍부한 재생 에너지와 지질 저장소를 활용해 DAC를 대규모로 확장하는 것을 목표로 하고 있습니다.

특히 미국은 DAC에 크게 베팅하고 있습니다. 2022년, 정부는 지역 DAC 허브를 위해 35억 달러를 배정했습니다. 2024년 말까지 에너지부는 최대 9개의 신규 DAC 시설을 지원하기 위해 18억 달러의 신규 자금 지원 라운드를 시작했습니다. 이 시설들은 중간 규모(연간 2,000~25,000톤 포집)에서 대규모(연간 25,000톤 이상)까지 다양하며, 이들을 저장 또는 활용 부지와 연결하는 “허브” 인프라도 포함됩니다 energy.gov. 이 프로그램은 명시적으로 “혁신적인” DAC 기술을 추구하며, 유망한 설계가 파일럿에서 상업 규모로 도약할 수 있도록 지원할 예정입니다 energy.gov. 에너지부 장관 제니퍼 그랜홈은 DAC의 광범위한 도입이 미국의 기후 목표와 새로운 청정 산업에 핵심이 될 것이라고 언급했습니다. 이미 여러 주목받는 프로젝트가 진행 중입니다. Occidental Petroleum의 1PointFive 자회사(카본 엔지니어링과 협력)는 2024년 DOE로부터 남부 텍사스에 DAC 플랜트를 건설하기 위해 최대 5억 달러의 지원을 받았습니다 1pointfive.com. 초기 5,000만 달러는 연간 50만 톤의 CO₂를 대기 중에서 포집할 수 있는 플랜트의 엔지니어링 및 장비에 사용되며, 이후 연간 100만 톤까지, 궁극적으로는 해당 부지에서 연간 3,000만 톤까지 확장할 계획입니다 1pointfive.com. “대규모 DAC는 조직과 사회가 넷제로를 달성하는 데 가장 중요한 기술 중 하나입니다.”라고 Occidental의 CEO 비키 홀럽은 말하며, DOE의 지원을 높이 평가하고 “기후에 의미 있는 규모의 CO₂ 제거”를 실현할 자신감을 표명했습니다 1pointfive.com. 남부 텍사스 DAC 허브는 Carbon Engineering의 고온 DAC 공정을 사용할 예정이며(이 공정은 수산화칼륨 용액과 대형 컨택터로 CO₂를 흡수한 뒤, 소성 과정을 통해 순수 CO₂ 스트림을 재생함), 특히 텍사스 킹 랜치 부지는 30억 톤의 CO₂를 저장할 수 있는 지하 염수층이 있어 수십 년간 운영이 가능합니다 1pointfive.com. 포집과 저장을 한 곳에서 결합함으로써 물류가 단순화되고, 향후 DAC 농장의 청사진이 될 수 있습니다.

글로벌 참여: DAC는 미국/유럽만의 사업이 아닙니다. 2024년 7월, 중국은 자국 최초의 DAC 모듈인 “CarbonBox”가 신뢰성 시험을 통과했다고 발표했습니다 news.cgtn.com. CarbonBox는 상하이 자오퉁 대학과 국영 CEEC가 개발한 것으로, 해상 운송 컨테이너 크기의 유닛이 연간 100톤 이상의 CO₂를 공기 중에서 포집할 수 있으며, 포집 효율은 99%에 달한다고 밝혔습니다 news.cgtn.com. 현재까지 아시아 최대 규모의 DAC 모듈로 알려져 있으며, 여러 유닛을 모듈식으로 배치해 연간 백만 톤 규모까지 확장할 수 있습니다 news.cgtn.com. 각 CarbonBox 유닛은 표준 컨테이너 크기로, 공장에서 제작 및 테스트 후 현장으로 운송될 수 있습니다. 이는 Climeworks나 Carbon Engineering이 구상하는 모듈형 DAC 배치 방식과 매우 유사합니다. 중국의 DAC에 대한 관심은 이러한 시스템에 전력을 공급할 수 있는 막대한 재생에너지 용량과 맞물려 있습니다. 그 밖에도 캐나다, 호주, 중동의 스타트업들도 이 분야에 진입하고 있습니다. 예를 들어, 미국의 CarbonCapture Inc.는 MOF 흡착제를 사용하는 모듈형 DAC 유닛을 개발 중이며, 와이오밍에서 재생에너지와 광물 저장을 활용하는 프로젝트를 진행하고 있습니다. 케냐에서는 Octavia Carbon이라는 회사가 리프트 밸리의 지열 에너지를 활용해 아프리카 최초의 DAC 플랜트 건설을 목표로 하고 있으며, XPRIZE 결선 진출자로 선정되었습니다. 이 분야는 Mission Innovation의 “Carbon Dioxide Removal” 이니셔티브와 XPRIZE 대회와 같은 지식 공유 노력을 통해 진정한 글로벌 무대로 발전하고 있습니다.

DAC를 위한 혁신적 흡착제: 우리는 이미 DAC를 위한 새로운 챔피언 흡착제인 COF-999에 대해 논의했으며, 이 흡착제는 테스트에서 “공기 중의 CO₂를 완전히 제거”했다고 합니다 news.berkeley.edu. 이러한 소재들은 DAC를 개선하는 데 핵심적인 역할을 할 것입니다. Climeworks가 10년 전에 시작했을 때는 상업용 흡착 필터(고체 지지 아민)를 사용했으며, 이는 필터 1g당 수십 mg의 CO₂만을 포집할 수 있었습니다. 새로운 MOF와 COF는 g당 수백 mg의 CO₂를 포집할 수 있어, 용량이 한 단계 도약할 가능성이 있습니다. 이는 더 작고 효율적인 DAC 유닛을 의미합니다. COF-999의 습한 공기에서의 안정성은 또 다른 큰 문제점을 해결합니다. 이전의 DAC 흡착제들은 종종 수분 때문에 분해되거나, 공기를 미리 건조시켜야 했는데(이는 에너지 낭비) nature.com, COF-999와 같은 내수성 흡착제를 사용하면 DAC 유닛이 광범위한 전처리 없이 실제 야외 공기에서 작동할 수 있습니다. 또 다른 유망한 접근법은 더 낮은 온도에서 재생을 목표로 하는 것입니다. 일부 새로운 흡착제는 80–100 °C에서 재생될 수 있어, 폐열이나 태양열로 DAC 사이클을 구동할 수 있습니다(물 증기 퍼지로 약 100 °C에서 작동한 Nature 연구처럼 nature.com). 이는 열을 공급하기 위해 추가 연료를 태우는 것을 피할 수 있어, 순 탄소 균형을 더 유리하게 만듭니다. 여러 연구 그룹에서는 금속 산화물을 이용한 직접 공기 포집도 탐구 중인데, 이는 전기화학적으로 환원될 때 CO₂를 방출하여 열 순환의 대안을 제시합니다.

비용 및 에너지 추이: 역사적으로 DAC는 매우 에너지 집약적이었습니다. 초기 Climeworks 유닛은 CO₂ 1톤당 약 2,000kWh의 열과 500kWh의 전기가 필요했고, 비용은 톤당 $600~$1000 수준이었습니다. 새로운 기술들은 이를 대폭 줄이는 것을 목표로 합니다. Climeworks는 Mammoth의 정확한 수치를 공개하지 않았지만, 각 세대의 플랜트가 개선되고 있다고 주장합니다. Carbon Engineering의 방식(고온 화학)은 CO₂ 1톤당 약 8GJ(2,200kWh)의 천연가스 사용과 첫 대형 플랜트에서 약 $250/톤의 비용을 추정하며, 규모가 커지면 $150 이하로 떨어질 수 있습니다. COF-999와 같은 소재 및 개선된 공정으로 일부 연구자들은 DAC가 10년 이내에 톤당 $100 이하로 내려갈 수 있다고 전망합니다. 이는 대규모 도입의 핵심 기준으로, 이 정도 비용이면 대기 중 탄소를 포집하는 것이 다른 기후 대책과 함께 실질적인 기후 솔루션이 될 수 있습니다. 정부 지원도 비용 하락을 촉진하고 있습니다. 미국 45Q 세액공제는 현재 대기 중에서 제거되어 저장된 CO₂에 대해 톤당 $180을 제공하여 초기 프로젝트에 인센티브를 제공합니다. 자발적 탄소 시장에서는 Microsoft, Stripe, Shopify와 같은 기업들이 선구매 계약(Frontier Climate와 같은 이니셔티브를 통해)을 통해 DAC에 자금을 투입하고 있으며, 지금은 프리미엄 가격을 지불해 기업들이 규모를 키우고 미래 비용을 낮출 수 있도록 돕고 있습니다.

주목할 만하게도, 2023년 마이크로소프트는 Heirloom과 CarbonCapture Inc.로부터 10년에 걸쳐 315,000톤의 CO₂ 제거를 구매하기로 합의했는데, 이는 DAC 기술에 대한 강한 신뢰의 표시입니다. 그리고 2024년에는 글로벌 항공업계가 Jet Zero 이니셔티브를 통해 항공 여행 배출량 상쇄를 위한 탄소 크레딧의 원천으로 DAC에 투자하기 시작했습니다(예를 들어, United Airlines의 지속가능성 기금이 미래의 DAC 플랜트에 자금을 투입). 이 모든 것은 한때 공상과학 개념이었던 직접 공기 포집이 빠르게 산업이 되고 있음을 시사합니다. “특히 DAC는 단순한 개념이 아니라, 실질적인 산업이다”라고 Climeworks의 2023 DAC 서밋 보고서는 언급했습니다 climeworks.com. 하지만 필요한 규모는 막대합니다 – 일부 연구에 따르면, 기후변화를 의미 있게 제한하려면 세기 중반까지 연간 수십억 톤의 제거가 필요하다고 합니다 reuters.com. 현재 우리는 연간 킬로톤 단계에 있으므로, 1,000배 또는 1,000,000배의 확대가 앞으로의 큰 과제입니다. 2025년 탄소 제거 XPRIZE는 하루 1,000톤 이상 제거를 확장할 수 있는 실현 가능한 경로를 입증하는 팀에 5천만 달러를 수여할 예정으로, 그 필요성이 얼마나 시급하고 큰지 강조합니다.

정부 및 민간 주도의 진전

CO₂ 포집의 중요성을 인식하여, 전 세계 정부와 산업계는 지난 2년간 주요 이니셔티브를 시작했습니다:

• 미국 – “탄소 포집 문샷”: 미국은 탄소 포집 및 제거 자금 지원에서 선두주자로 부상했습니다. 앞서 언급한 DAC 허브 프로그램($35억) 외에도, 에너지부 화석에너지 및 탄소관리국은 점원(포인트 소스) 탄소 포집에도 투자하고 있습니다 – 예를 들어, 가스 발전소 및 산업 시설을 위한 차세대 포집 R&D, 그리고 Project Cypress와 같은 파일럿은 DAC 외에도 에탄올 플랜트에서 포집을 진행할 예정입니다. 2024년 DOE는 CO₂ 운송 및 저장 인프라(예: 파이프라인 및 저장정) 확장에 26억 달러를 추가로 발표했습니다 efifoundation.org, 왜냐하면 CO₂를 포집하는 것만으로는 안전하게 격리하거나 활용할 수 있어야 의미가 있기 때문입니다. 바이든 행정부의 광범위한 기후법(인플레이션 감축법)은 45Q 세액공제를 크게 확대했으며(이제 점원 CO₂ 저장 시 톤당 최대 $85, DAC CO₂ 저장 시 톤당 $180), 이로 인해 전력, 에탄올, 산업 부문에서 탄소 포집 프로젝트가 대거 계획되고 있습니다. 예를 들어, 루이지애나와 캘리포니아의 여러 가스 발전소가 45Q를 받기 위해 포집 장치 추가를 검토 중입니다. 정부는 또한 CO₂를 이용한 석유 증진 회수(EOR)도 계속 지원하고 있습니다 – 논란이 있지만, CO₂-EOR(포집된 CO₂를 유전 주입해 석유 생산을 늘리는 방식)은 일부 CO₂를 저장하며 포집 비용을 상쇄할 수 있는 수익을 제공합니다. 텍사스 DAC 허브의 일부 CO₂는 초기에는 EOR에 사용될 수 있습니다. 또한, 미국은 여러 포집 지점에서 CO₂를 받을 수 있는 저장 허브(예: 걸프코스트와 중서부의 염수층)도 자금 지원 중입니다. 이 모든 움직임이 탄소 관리 생태계를 조성하고 있습니다.
• 유럽 – 정책 및 프로젝트: EU와 영국도 산업 탈탄소화에 중점을 두고 탄소 포집에 막대한 투자를 하고 있습니다. 영국 정부는 2023년에 두 개의 산업 클러스터(험버와 리버풀 베이)를 트랙-1 CCUS 클러스터로 선정하여 자금과 지원을 제공했습니다. 이 클러스터들은 2030년경까지 여러 공장과 발전소에 CO₂ 포집 장치를 설치하고, 이를 북해의 해상 저장소로 연결되는 공동 CO₂ 파이프라인에 연결할 계획입니다. 프로젝트에는 드랙스 바이오에너지와 CCS(BECCS) 발전소 – 바이오매스 발전소에서 연간 800만 톤을 포집하는 것이 목표 – 와 Net Zero Teesside CCS 발전소가 포함됩니다. EU의 혁신 기금은 네덜란드 Dyneema 공장의 탄소 포집 장치, 아이슬란드의 Climeworks와 Carbfix가 참여한 DAC 프로젝트(Orca와 Mammoth 건설에 기여) 등 여러 CCS 프로젝트에 자금을 지원했습니다 climate.ec.europa.eu. 2024년, EU는 또한 2040년까지 CDR을 통해 배출량의 5~10%를 제거하는 구속력 있는 목표를 제안했으며, 이는 본질적으로 회원국들이 DAC나 산림 복원과 같은 방법을 통해 대기 중 CO₂를 제거하도록 의무화하는 것입니다 climeworks.com. 노르웨이는 Longship 외에도 CO₂ 인프라를 확장하고(예: 수소 생산과 CCS 등) 더 많은 포집 부지를 추가할 수 있는 “Longship 2”를 계획 중입니다. 유럽 전역에서는 스위스의 폐기물 소각장 굴뚝 가스에서 CO₂를 포집하는 파일럿 플랜트부터, 스페인의 시멘트 공장 CO₂ 포집용 신형 멤브레인 테스트 프로젝트까지 다양한 파일럿 플랜트가 진행 중입니다. 중요한 점은, 유럽이 탄소 제거 인증을 위한 규제 프레임워크를 개발 중이라는 점입니다. 이를 통해 기업들은 DAC과 같은 고품질 제거에 투자하고, 이를 검증된 방식으로 기후 목표 달성에 반영할 수 있게 됩니다.
• 아시아 및 중동: 중국은 CarbonBox로 DAC 분야에 진입했습니다. 중국은 또한 세계 최대 규모의 포인트 소스 포집 파일럿을 운영 중인데, 예를 들어 장쑤성의 한 시설에서는 석탄 화학 공장에서 연간 50만 톤을 포집해 베이킹 소다 생산에 사용하고 있습니다. 시노펙과 같은 국영 대기업들은 정유소와 석유화학 공장에 CO₂ 포집 장치를 설치하고 있으며(포집된 CO₂는 EOR이나 화학제품 생산에 사용), 중동에서는 사우디아라비아와 UAE가 넷제로 공약의 일환으로 대규모 탄소 포집 계획을 발표했습니다(예: 사우디의 NEOM 프로젝트에는 DAC 목표가 포함되어 있고, UAE의 ADNOC는 가스 처리에서의 CO₂ 포집을 확대 중). 특히, 직접 공기 포집이 COP28(2023년 말/2024년 초, UAE 개최)에서 강조되었으며, 현장에는 실시간 데모 DAC 장치도 설치되었습니다. 두 부유한 걸프 국가는 DAC에 이상적인 조건(저렴한 토지, 풍부한 태양에너지, CO₂ 저장에 적합한 지질)을 갖추고 있습니다. 비용이 낮아진다면 이 지역에서 최초의 기가톤 규모 DAC “팜”이 건설될 수도 있습니다.
• 민간 부문 및 스타트업: 수십 개의 스타트업이 탄소 포집 혁신을 위해 경쟁하고 있습니다. 이미 언급된 기업들(Climeworks, Carbon Engineering/1PointFive, Heirloom, CarbonCapture Inc., Octavia, Verdox) 외에도, Global Thermostat(아민 코팅 다공성 흡착제를 플루트 패널에 적용한 DAC 공정 개발), Svante(회전식 베드에서 고체 흡착 필터를 사용해 포인트 소스 포집; MOF 기반 필터로 산업 현장에서 CO₂를 톤당 50달러 미만에 포집할 수 있다고 주장), Mission Zero(영국 기반, 전기화학적 DAC 개발 중) 등이 있습니다. 석유 및 가스 기업들도 여기에 투자하고 있는데, Occidental은 Carbon Engineering에, Chevron은 Svante에, United Airlines는 탄소 제거 기업들에 투자하고 있습니다. 한편, Atoco는 MOF 개척자 Omar Yaghi가 설립한 스타트업으로, 탄소 포집과 대기 중 수분 수확 솔루션 모두에 공급할 “혁신적인 레티큘러 소재”를 개발 중입니다 atoco.com. “우리 기술은 직접 공기 또는 플루 가스에서 CO₂를 포집·분리하는 데 에너지를 50% 덜 사용합니다,”라고 Atoco의 CEO Samer Taha는 말합니다 atoco.com. 이 회사는 CO₂ 친화성이 매우 높은 소재를 개발하여, “포집을 위한 에너지 요구량과 비용을 획기적으로 줄였습니다” atoco.com. 이러한 개선은 더 작고 모듈형 포집 장치가 다양한 분야에서 경제적으로 실현 가능하게 만들 수 있습니다.

한편, 금융 측면에서는 민간 자본이 탄소 포집 및 제거 분야로 유입되고 있습니다. 탄소 제거 스타트업에 대한 벤처 투자가 급증했으며(업계 전체 수억 달러 규모), 기업들은 미래 수요를 보장하기 위해 구매자 클럽을 만들고 있습니다. Frontier 컨소시엄(Stripe, Alphabet, Meta 등 자금 지원)은 이번 10년 동안 영구적 탄소 제거를 구매하기 위해 10억 달러를 약정해, 검증 가능한 CO₂ 제거를 제공할 수 있는 기업에 시장을 실질적으로 보장하고 있습니다. 이로 인해 스타트업들은 R&D 확장에 자신감을 얻었습니다. 탄소 제거 크레딧을 위한 마켓플레이스도 등장하고 있지만, 아직 거래량은 적고 가격은 높습니다(DAC 크레딧은 현재 톤당 500달러 이상).

이러한 모든 이니셔티브—공공 및 민간—는 탄소 포집을 둘러싼 강력한 모멘텀이 형성되고 있음을 보여줍니다. Global CCS Institute는 탄소 포집의 도입이 여전히 기후 목표 달성에 필요한 수준에 미치지 못하지만, 새로운 정책과 프로젝트로 그 격차가 좁혀지기 시작했다고 catf.us 언급했습니다. 탄소 포집의 시대가 도래했다는 인식이 있으며, 이는 배출 감축의 대안이 아니라 필수적인 병행 전략으로 여겨지고 있습니다.

전망 및 전문가 관점

2025년 현재, 탄소 포집 및 제거 기술은 공상과학에서 현실로 이동하고 있지만, 여전히 상당한 과제가 남아 있습니다. 주요 과학자들은 이러한 기술의 잠재력과 한계를 모두 강조합니다:

한편으로는 낙관론이 있다. “이것은 기본적으로 직접 공기 포집을 위한 최고의 소재입니다,”라고 오마르 야기(Omar Yaghi)는 COF-999에 대해 말하며, 이러한 돌파구가 “기후 문제를 해결하기 위한 우리의 노력에 새로운 지평을 연다”는 점에 대해 흥분을 감추지 못했다news.berkeley.edu. 이 분야의 많은 이들은 지속적인 혁신을 통해 탄소 포집이 전 세계적으로 배치될 만큼 효율적이고 저렴해질 수 있다는 진정한 희망을 공유한다. 비전은 앞으로 수십 년 안에, 현대 석유 및 가스 산업 규모에 맞먹는 새로운 산업이 – 하지만 반대로, 전 세계적으로 시스템에서 탄소를 끌어내는 방식으로 – 생겨날 것이라는 것이다. 여기에는 전략적 위치에 “거대한 공기 정화기”가 설치되고, 가글리아르디(Gagliardi) 교수가 상상하듯 DAC 플랜트가 “탄소 중립성 달성을 위한 전 세계적 노력에 상당히 기여”하는 모습이 포함될 수 있다pme.uchicago.edu. 기후 모델러들은 이러한 기술에서 나오는 음의 배출이, 우리가 1.5 °C 상승에 머물고자 한다면, (항공, 농업, 과거 배출 등) 가장 제거하기 어려운 배출원을 상쇄하는 데 필요할 것임을 확인한다.

반면, 전문가들은 탄소 포집을 만능 해결책이나 화석연료 감축을 미루는 핑계로 보는 것에 대해 경고한다. 국제에너지기구(IEA) 수장 파티 비롤(Fatih Birol) 박사는 “탄소 포집의 대규모 도입에 기대어 석유와 가스를 계속 평소처럼 사용하는 것은 환상”이라고 경고했다. 즉, 탄소 포집은 빠른 청정에너지 전환을 보완할 수는 있지만 대체할 수는 없다는 것이다x.com. 과학자들은 또한 탄소 제거가 이산화탄소만을 다루며, 다른 온실가스나 기후 영향에는 대응하지 못한다고 지적한다. “CDR로 온도를 다시 낮췄다 해도, 우리가 마주할 세상은 예전과 같지 않을 것”이라고 칼-프리드리히 슐로스너(Carl-Friedrich Schleussner) 박사는 말하며, 해수면 상승과 같은 문제는 단순히 되돌릴 수 없음을 강조했다reuters.com. 그리고 우리는 규모를 기억해야 한다: 현재 모든 DAC 플랜트를 합쳐도 연간 수천 톤의 CO₂만을 제거한다; 자연(숲, 토양)은 약 20억 톤을 제거한다; 그러나 기후 목표에 진정으로 기여하려면, 연간 70~100억 톤의 제거가 세기 중반까지 필요할 수 있다reuters.com. 이는 엄청난 도전으로, 자연의 현재 제거량의 약 10배에 달하거나, 매머드(Mammoth)급 DAC 플랜트 수천 개가 필요하다. 이를 실현하려면 앞으로 수십 년간 지속적인 혁신, 투자, 그리고 정책 지원이 필요하다.

2024–2025년의 발전에서 얻을 수 있는 교훈은 탄소 포집 학습 곡선이 진정으로 시작되었다는 것입니다. 비용이 점차 낮아지고 있으며, 최초의 프로젝트들이 핵심 개념을 입증하고 있습니다. 우리는 CCS가 적용된 최초의 시멘트 공장, 최초의 메가톤 규모 DAC 프로젝트 자금 지원, 기존 한계를 뛰어넘는 신소재(300 °C에서 CO₂ 포집, 100회 이상 사이클 견딤, 습한 공기에서 작동, CO₂의 99% 포집 등), 그리고 정부가 실제로 자금을 투입하는 모습을 보고 있습니다. 각 성공은 다음 프로젝트를 더 쉽고 저렴하게 만드는 지식을 쌓아줍니다. 한 보고서에서 말했듯이, 탄소 제거 산업을 구축하는 마라톤은 이제 막 시작되었지만, 주자들은 마침내 출발선에서 뛰기 시작했습니다 youtube.com.

앞으로 몇 년간은 이러한 “메가 프로젝트”에 주목해야 합니다. Project Cypress(미국)나 영국의 Humber 클러스터와 같은 프로젝트가 성공한다면, 이들은 전례 없는 규모로 CO₂를 포집하고 비용이 예상대로 하락할 수 있는지 보여줄 것입니다. 또한 XPRIZE Carbon Removal 대회도 주목하세요. 2024년에는 DAC, 해양 기반 포집, 광물화 등 다양한 분야의 20개 결선 진출팀이 선정되었습니다 xprize.org. 2025년에 발표될 우승팀은 1,000톤의 CO₂ 제거와 연간 100만 톤 규모로 확장할 수 있는 실현 가능한 경로를 입증해야 합니다. 이 대회는 창의력을 자극했고, Heirloom, Carbfix 등과 같은 팀이 주목받고 자금을 지원받는 계기가 되었습니다 cen.acs.org.

요약하자면, CO₂ 포집을 위한 새로운 구조와 기술이 빠르게 등장하고 있습니다. 최첨단 COF 결정체는 CO₂를 위한 초강력 스펀지처럼 작동하며 news.berkeley.edu, 대규모 공학 프로젝트는 메가톤 단위로 대기 중 탄소를 빨아들이는 것을 목표로 하고 있습니다 climeworks.com. 각각이 기후 안정화라는 퍼즐의 한 조각을 담당합니다. 전문가들 사이의 분위기는 “신중한 낙관론”입니다. 물론 탄소 포집은 기술적으로 복잡하고 현재는 비용이 많이 들지만, 2024–2025년의 진전은 인간의 창의력이 이러한 도전 과제를 조금씩 극복하고 있음을 보여줍니다. 더 나은 흡착제를 설계하기 위해 AI와 화학을 결합하는 것에 대해 Yaghi 교수는 “우리는 매우, 매우 기대하고 있습니다” news.berkeley.edu라고 말했으며, 이러한 기대감은 점점 더 많은 기후 과학자, 엔지니어, 투자자, 정책 입안자들에게 공유되고 있습니다. 이들은 탄소 포집을 미래 세대에게 살기 좋은 지구를 넘겨주기 위한 필수 도구로 보고 있습니다.

탄소 포집만으로는 세상을 구할 수 없지만, 이는 우리에게 시간을 벌어주고 탈탄소화를 위해 힘든 노력을 하는 동안 기존의 오염을 줄일 수 있습니다. 이제 획기적인 기술들이 손에 들어왔고 앞으로 더 많은 기술이 등장할 예정이기 때문에, 한때 이론에 불과했던 대기 정화 아이디어가 현실이 되고 있습니다. 앞으로 몇 년이 이러한 솔루션을 대규모로 배치하는 데 매우 중요할 것이며, 우리가 성공한다면 미래 세대는 이 시기를 새로운 탄소 제거 시대의 시작, 즉 인류가 안전한 기후 균형을 회복하기 위해 실제로 하늘을 정화하기 시작한 시기로 기억할지도 모릅니다.

출처: 탄소 포집 연구 및 뉴스 (2024–2025) news.berkeley.edu, pme.uchicago.edu, ccsnorway.com, climeworks.com, 1pointfive.com, atoco.com, reuters.com, 정부 발표 및 전문가 논평 energy.gov, news.berkeley.edu, energiesmedia.com, man-es.com, 그리고 IPCC 기후 평가 news.berkeley.edu, reuters.com.