일본이 카본 리사이클(Carbon Recycle) 기술 개발에 총력을 기울이고 있다.
경제산업성은 카본 리사이클 기술 정립을 위한 2대 연구개발(R&D) 기지를 정비하고 있다.
히로시마(Hiroshima)의 도요타(Toyota)는 이산화탄소(CO2) 분리·회수형 IGFC(석탄가스화 연료전지 복합발전) 개발 기지로, 홋카이도(Hokkaido)의 도마코마이(Tomakomai)는 CCS(Carbon Capture·Storage: 이산화탄소 회수·저장) 대규모 실증실험을 진행하기 위한 기지로 지정했다.
2개 기지 모두 CO2 분리 및 회수를 추진하며 배출된 CO2를 재이용하는 카본 리사이클 연구개발 및 실증거점으로 발전시켜나갈 계획이다.
회수기술 실증실험에 화학 원료화 조사
일본은 기후변화 문제 해결을 위해 2019년 2월부터 카본 리사이클 기술 정립에 무게를 두고 있으며 발전소, 공장 등에서 배출된 CO2를 회수해 연료, 화학제품 원료로 사용함으로써 배출량 감축이 어려운 산업 분야에서도 기후변화 대책을 실천할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
아울러 카본 리사이클과 함께 재생가능에너지 대량 도입을 함께 추진한다면 탈탄소화에 속도가 붙을 것으로 예상하고 있다.
카본 리사이클 연구개발 가속화를 위해 2020년에는 관련 예산을 501억엔으로 전년대비 40% 확대했고 도요타와 도마코마이의 연구개발 기
지에 투입할 계획이다.
도요타의 실증사업은 NEDO(일본 신에너지·산업기술 종합개발기구) 프로젝트로 진행하며 고효율 석탄화력발전기술을 활용해 CO2 분리·회수형 IGFC 개발에 나설 방침이다.
2019년 6월 카본 리사이클 검토에 착수했고 12월부터 CO2 회수기술 실증시험을 실시하고 있는 것으로 알려졌다.
미세조류를 광합성으로 대량 배양해 카본 뉴트럴 제트연료를 생산하는 연구와 CO2와 반응시켜 경화하는 특수혼합소재를 사용한 환경고려형 콘크리트 등을 생산하는 방안을 검토하고 있다.
도마코마이 실증사업 역시 NEDO 프로젝트이며 그동안 정유공장의 배기가스에서 CO2를 분리·회수해 지중에 저류시키는 CCS 관련 대규모 실증실험을 진행하고 있다.
CO2 압입시험은 2019년 완료했고 2020년부터는 카본 리사이클로 발전시키기 위한 연구에 착수할 계획이다.
도마코마이 인근 해역에 압입한 CO2를 모니터링하는 등 CCS 관련 실증 사업도 계속 진행하며, CO2 분리회수에서 발생한 부생수소와 CO2를 활용해 화학제품을 제조하는 것이 가능할지 조사도 추진할 예정이다.
화학기업, 카본 리사이클 펀드 가입 소극적
일본은 카본 리사이클을 추진하기 위한 민간펀드인 카본 리사이클 펀드도 설립했다.
카본 리사이클은 CO2를 자원으로 인식하고 재이용하는 기술을 가리키며 온실가스 배출량 저감을 위해 일본 정부가 적극적으로 추진하고 있다.
펀드 활동은 주로 연구조성과 홍보 활동으로 구성돼 있으며 미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical Holdings)의 고바야시 요시미츠 회장이 펀드 회장을 담당하고 있다.
카본 리사이클 펀드는 CO2를 자원으로 파악하고 있으며 탈탄소나 저탄소와 같은 개념을 거부하고 있다.
고바야시 요시미츠 회장은 “식물이 CO2와 물, 빛으로 탄화수소를 만들고 동물이 산소와 함께 태워 CO2로 만드는 등 동식물 사이의 CO2 순환은 이미 이루어지고 있다”면서 “인간이 화석연료를 사용하면서부터 균형이 깨졌고 카본 리사이클은 균형을 되찾기 위한 기술”이라고 발상의 전환을 촉구했다.
이어 “탈탄소, 저탄소는 적절한 표현이 아니다”라면서 “인체가 카본으로 이루어지고 있다는 점에서 탄소를 거부한다는 것은 생물임을 부정하는 것과 마찬가지”라고 덧붙였다.
또 석탄에서 코크스를 제조할 때 나오는 피치가 탄소섬유로 제조되고 철과 알루미늄보다 가벼워 전기자동차(EV) 시대에 채용이 본격화될 것으로 예상된다는 점에서 라이프사이클 전체적으로 탄소는 여전히 중요한 역할을 담당하고 있다고도 강조했다.
펀드는 관련기업 16사와 개인회원 2명으로 출범했으며 회원을 더욱 모집하기 위해 앞으로 펀드 활동의 의의를 널리 알려나갈 계획인 것으로 알려졌다.
또 카본 리사이클과 관련된 연구자가 어떠한 연구를 실시하고 있는지 파악하고 민간 차원에서 지원을 어느 정도 할 수 있을지가 중요해질 것으로 예상된다.
고바야시 요시미츠 회장은 “화학산업이 해양 폐플래스틱 문제를 심각한 이슈로 받아들이고 있는 것과 달리 카본 리사이클 도입에는 소극적인 편”이라면서 “카본 리사이클을 폐플래스틱 문제 수준으로 이슈화하는 것이 펀드의 목표 가운데 하나”라고 강조했다.
연구조성 분야는 2020년부터 본격적인 활동을 시작할 예정이다.
당분간 일본을 중심으로만 지원하나 장기적으로는 해외에서도 지원을 확대할 계획이며 2019년 안에 지원 방향성을 논의하는 시간을 가질 계획이다.
새로운 연구개발을 도출하는 것을 목표로 하고 있으며 인공광합성도 주목하고 있는 것으로 알려졌다.
시멘트 공정 실용화로 하루 10톤 CCUS 프로세스 구축
일본은 카본 리사이클 기술의 실용화에도 박차를 가하고 있다.
일본 경제산업성은 NEDO 교부금 사업으로 시멘트 제조공정에서 CO2를 재자원화하는 기술을 개발하는 프로젝트에 착수했다.
2019년 12월13일 각료 회의에서 결정한 2019년 추가경정예산에도 포함시킨 것으로 알려졌다.
시멘트 공정에서 발생한 CO2를 분리 회수해 탄산염으로 고정화하고 원료와 토목자재로 재자원화하는 CCUS(Carbon Capture·Utilisation·Storage: 이산화탄소 회수·이용·저장) 일관 프로세스 구축을 목표로 하고 있다.
CO2 배출량을 대량 감축하고 시멘트 원료인 석회석 사용량까지 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있으며 대형 실증 플랜트를 설치해 기술개발을 추진하고 2030년까지 실용화할 계획이다.
시멘트산업은 다른 산업이나 지역사회로부터 다종다양한 폐기물, 부생물을 수용해 원료·연료로 활용함으로써 자원을 순환시키는데 기여하고 있다. 
하지만, 시멘트 톤당 600kg 이상의 CO2를 배출하는 등 에너지 다소비형 산업이라는 점이 지적되고 있다.
CO2 배출량 가운데 60%는 프로세스에서 유래한 것이고 40% 정도는 에너지 사용에 따른 것으로 파악되고 있다.
이에 따라 경제산업성 등이 에너지 절감과 프로세스에서 유래한 CO2 배출량을 대량 감축하기 위한 기술개발을 모색해왔다.
일본 정부가 2019년 가을 혁신적 환경 이노베이션 전략을 개정함으로써 탄소 재자원화 시멘트 프로세스 기술을 기술개발 주제에 추가했고, 경제산업성이 최근 실증 프로젝트를 시작한 것으로 파악되고 있다.
기술개발의 핵심은 화학흡착법을 활용하는 고효율 CO2 회수를 위한 일일 10톤급 설비를 건설하고 가마에 적용했을 때 물질수지와 열수지를 평가해 고효율 회수설비 최적화 및 소형화를 실현할 예정이다.
또 콘크리트 슬러지에 CO2를 흡수시켜 탄산화하는 기술, 폐콘크리트에 CO2를 흡수시켜 탄산칼슘을 생성하고 시멘트 원료로 순환하는 기술, 콘크리트 양생에 CO2를 활용하는 기술 등도 개발할 방침이다.
시멘트는 알칼리성이며 공기 중 CO2를 흡수하기 쉬워 콘크리트 등으로 CO2를 흡수·고정하는 양은 생산 시 배출량 10% 이상으로 추산되고 있다.
탄소 자원화 기술 개발 프로젝트는 이와 같은 시멘트의 특성을 이용하는 것이며 고효율로 회수한 CO2를 제조공정에 순환시키는 것을 목표로 하고 있다.
10년 동안 진행할 계획이며 실용화되면 시멘트 밸류체인에서 카본 리사이클 기술을 확립하는 것이기 때문에 많은 관심을 받고 있다. (K)
