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국제적인 기후변화 대응의 일환으로 진행되어오고 있는 온실가스 감축 노력이 더욱 강화되면서 탄소중립에서 나아가 탈탄소를 향한 넷제로(net-zero) 정책으로 이행되면서 CCUS(Carbon Capture Utilization and Storage) 기술이 2050년 탄소중립 실현을 위한 핵심기술로 부상하고 있으며, 주요 선진국을 중심으로 기술개발과 시설투자, 실증이 확대되면서 새로운 기후 관련 유망산업으로 주목을 받고 있다.

CCUS(Carbon Capture Utilization and Storage)는 이산화탄소 포집, 활용, 저장을 의미하며 화석연료의 사용 등으로 인해 대량의 이산화탄소(CO2)가 생산되는 근원지에서 그 이산화탄소(CO2)가 공기 중으로 방출되는 것을 방지하고자 포집하여, 이동/ 저장할 뿐만 아니라 자원으로 활용하는 기술을 통합적으로 뜻한다.

글로벌 시장조사기관 인더스트리아크는 글로벌 CCUS 시장규모가 2021년부터 향후 5년간 연평균 29.2% 성장해 2026년 253억 달러(약 29조 7,000억원)에 이를 것으로 분석하고 있으며, 대부분의 분석기관은 공통적으로 CCUS 관련 시장규모가 지속적으로 성장할 것으로 전망하고 있다.

국제에너지기구(IEA)는 최근 2070년 전 세계적인 탄소중립에 이르는 과정에서 CCUS 기술 기여도를 총 감축량의 15% 수준인 연간 100억t으로 제시하였으며, 이와 함께 CCUS 기술 없이 인류가 추진하고 있는 기후변화 대응 목표를 달성하는 것은 사실상 불가능하다고 지적하고 있다.

이에 미국, EU, 중국 등 주요국들은 중장기 온실가스 감축목표 달성을 위한 가교기술(Bridge technology)로서 CCUS 기술 개발을 꾸준히 추진 중에 있다. 특히 미국은 CCUS 기술을 국가전략기술로 채택, 자국 CO2 감축뿐 아니라 기술선점을 통한 신시장 확보를 위해 적극적인 움직임을 보이고 있으며, EU와 중국 등에서도 시설 확대 계획을 앞 다투어 발표하고 있다.

최근 국내에서도 ‘CCUS 추진현황 및 계획’을 발표하고, CCUS를 新산업으로 육성하여 초기 단계에 있는 전 세계 기후위기대응 新시장을 선점할 수 있도록 다부처 사업 등을 통해 지원을 본격화하고 있다.

환경부는 탄소중립을 위해 화석연료 발전 중심의 전력공급 체계를 재생에너지와 수소 중심으로 전환하고 CCUS 기술을 적극 활용해 전력부문의 탄소중립을 달성하겠다는 계획을 수립하였으며, 산업부는 CCUS 확산의 컨트롤타워이자 신산업화 역할을 할 민관합동 K-CCUS추진단을 2021년 발족한 바 있으며, 이에 국내 주요 기업들은 CCUS 각 분야에서 기존 사업모델과 시너지를 낼 수 있는 방안을 적극적으로 찾고 있는 실정이다.

이에 당사에서는 국내와 해외 주요국의 기후변화와 온실가스 대응 동향과 전략을 조사하고, 탄소중립 정책 수립과 이행계획을 정리하였으며, 탄소자원화 기술과 특히 CCUS 분야에 대한 기술개발과 설비투자 전략 등을 종합적으로 정리, 분석하여 본서를 발간하게 되었다. 모쪼록 CCUS 관련산업에 관심을 갖고 계신 분들께 조금이나마 도움이 되기를 기대합니다.

Ⅰ. 기후변화대응, 탄소중립과 탄소자원화 실태와 전망

1. 국내외 기후변화와 온실가스 대응전략

  1-1. 국내외 기후변화 현황

    1) 전 지구 이상기후 발생 주요 원인

      (1) 지구온난화

      (2) 엘니뇨 종료 이후 중립상태 지속

      (3) 북극 해빙면적의 지속적인 감소

      (4) 유라시아 대륙의 많은 눈덮임

    2) 주요국 이상기후 발생과 피해 현황

      (1) 유럽

      (2) 아시아/호주

      (3) 북미/남미

    3) 국내 이상기후 발생 현황

      (1) 국내 이상기후 현상

      (2) 국내 이상기후 발생 현황

      (3) 국내 기후변화 전망

  1-2. 기후변화 대응 필요성

    1) 기후변화 대응 필요성

      (1) 기후 ‘변화’를 넘어 ‘위기’의 시대로 진입

      (2) 기후변화 대응의 편익

    2) IPCC 1.5℃ 특별보고서

      (1) IPCC 1.5℃ 특별보고서 채택

      (2) 1.5℃ 목표 달성을 위한 조건

  1-3. 국내외 온실가스 배출 및 감축 목표

    1) 국내 온실가스 배출 현황

      (1) 국내 온실가스 배출

      (2) 온실가스 배출 수준

    2) 2030년 국내 온실가스 감축 목표

      (1) 2030년 온실가스 감축 목표 수립 배경

      (2) 국내 온실가스 감축 여건

      (3) 2030년 온실가스 감축 목표

      (4) 2030년 온실가스 감축 목표 상향안 제시

    3) 국내 온실가스 감축 정책

      (1) 제도 및 법률

      (2) 온실가스 감축 정책

    4) 세계 온실가스 배출 및 감축 목표

      (1) 세계 온실가스 배출 현황

      (2) 세계 온실가스 감축 목표

2. 탄소중립과 넷제로(net-zero) 글로벌 트랜드

  2-1. 탄소중립 개요와 동향

    1) 탄소중립, 기후중립, 넷제로(net-zero) 개념

    2) 국가별 넷제로 목표와 사례

      (1) 독일의 넷제로 시나리오

      (2) 프랑스의 넷제로 시나리오

    3) 넷제로(net-zero) 목표 달성 방법

  2-2. 탄소중립 글로벌 트랜드와 시장 전망

    1) 세계 137개국 탄소중립 선언

      (1) EU

      (2) 미국

      (3) 중국

      (4) 일본

    2) 온실가스 관련 규제 마련

      (1) 탄소가격제(Carbon Pricing)

      (2) 석탄발전 퇴출 확대

      (3) 수송부문의 탈탄소화

    3) 산업구조 변화 전망

      (1) 기업들의 탄소중립 선언

      (2) RE100 참여 기업 확대

      (3) 완성차 기업의 탄소중립 달성 전략

    4) 시장 전망

      (1) 세계 시장 전망

      (2) 국내 시장 전망

  2-3. IEA 2050 Net Zero를 위한 에너지 섹터 로드맵

    1) IEA 2050 Net Zero 로드맵 개요

    2) 2050 Net Zero 달성을 위한 기간별 로드맵

    3) 전력분야 세부 경로(2040년 Net Zero)

3. 탄소자원화 기술 및 주요국 대응 동향

  3-1. 탄소자원화 기술 및 활용

    1) 탄소자원화 기술의 대두 배경

      (1) 대두 배경

      (2) 미래 자원으로 가능성

    2) 탄소자원화 기술과 활용분야

      (1) 탄소자원화 기술

      (2) 탄소자원화 활용분야

    3) 탄소자원화 4대 기술

      (1) C1 가스 리파이너리

      (2) 인공광합성

      (3) 바이오리파이너리

      (4) CCU(이산화탄소 포집 및 전환)

    4) CO2 이용 기술

      (1) 오일회수증진(EOR)

      (2) 화학원료 합성

      (3) 바이오연료 생산

      (4) 광물의 탄산화

  3-2. 탄소자원화 주요국 대응 동향

    1) 미국

    2) 유럽

    3) 중국

    4) 한국

4. 국내외 탄소중립 정책과 대응방향

  4-1. 해외 주요국 탄소중립 정책 동향과 추진전략

    1) 개요

      (1) 국가간 탄소중립 선언 주도권 경쟁

      (2) 탄소중립 시대의 새로운 기업환경, ‘ESG’

      (3) 탄소중립 운동, ‘RE100(Renewable Energy 100)’

    2) 주요국 탄소중립 정책과 그린뉴딜 전략

      (1) 유럽연합(EU)

      (2) 미국

      (3) 독일

      (4) 중국

      (5) 일본

  4-2. 국내 탄소중립 정책 동향과 추진전략

    1) ｢2050 탄소중립｣ 추진전략(案)

      (1) 우리의 여건 진단 및 평가

      (2) 2050 탄소중립을 위한 추진전략

      (3) 3대 정책방향 및 10대 과제

      (4) 탄소중립 제도적 기반 강화

      (5) 추진체계 및 향후계획

    2) ｢2050 탄소중립｣ 부문별 비전 및 전략

      (1) 에너지 공급

      (2) 산업

      (3) 수송

      (4) 건물

      (5) 폐기물

      (6) 농축수산(농업·축산·수산)

      (7) 탄소 흡수원

    3) 탄소중립 기술혁신 추진전략

      (1) 개요

      (2) 핵심기술 개발과 생태계조성 5대 전략

    4) 탄소중립 기술혁신 추진전략 - 10대 핵심기술 개발방향

      (1) 태양광·풍력

      (2) 수소

      (3) 바이오에너지

      (4) 철강·시멘트

      (5) 석유화학

      (6) 산업공정 고도화

      (7) 수송효율

      (8) 건물효율

      (9) 디지털화

      (10) CCUS

Ⅱ. 국내외 CCUS 기술, 시장 동향과 전망

1. 탄소(CO2) 감축기술

  1-1. 온실가스와 탄소 감축기술 개요

    1) 온실가스와 탄소 감축기술 개념

    2) 온실가스와 탄소 감축기술 분류

  1-2. 온실가스와 탄소 감축 관련 주요 핵심 기술

    1) CCUS 기술

      (1) 기술 정의

      (2) 기술 분류

    2) 신재생에너지 기술

      (1) 정의

      (2) 범위

    3) PtX(Power-to-x) 기술

      (1) 개념 및 기술동향

      (2) 전기화학적 에너지 저장 시스템(ESS)

      (3) 수소 생산 및 저장 기술

      (4) Solar Heat Storage

2. CCUS 관련 기술, 시장 동향 및 전망

  2-1. CCUS 기술 개요 및 프로젝트 동향

    1) CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술 개요

      (1) CCUS 정의

      (2) CCUS의 역사

      (3) CCUS 범위

      (4) CCUS 효용 및 필연성 

    2) 글로벌 CCUS 투자현황 및 탄소 감축 기여 전망

      (1) CCUS 개발과 설비 투자 현황

      (2) CCUS R&D 투자 동향

      (3) CCUS의 탄소 감축 기여 전망

      (4) CCUS 도입 전망

    3) CCUS 도입 현황 및 전력 시스템에서의 역할

      (1) 발전부문 CCUS 기술도입 동향

      (2) 전력 시스템에서 CCUS의 역할

      (3) 발전부문 CCUS 확대여건 및 정책방향

    4) 글로벌 CCUS 시설 및 설비 동향

      (1) 글로벌 CCUS 시설 동향

      (2) 글로벌 CCUS 설비 규모 및 전망

  2-2. 글로벌 CCUS 시장 전망과 주요기업 동향

    1) CCUS 시장 전망

      (1) CCUS 시장 전망

      (2) CCUS 제품 및 제품군별 시장 전망

    2) CCUS 관련 주요 해외기업 동향

      (1) 해외 CCUS 주요 키플레이어 현황

      (2) 해외 기업 동향

    3) CCUS 관련 주요 국내기업 동향

      (1) SK E&S

      (2) SK이노베이션, SK에너지

      (3) 포스코

      (4) 두산중공업

      (5) 현대중공업

      (6) 삼성엔지니어링

      (7) 롯데케미칼

      (8) 현대오일뱅크

      (9) S-OIL

      (10) 한국전력공사

      (11) 발전 5사(중부·남부·동서·남동·서부발전)

      (12) 한국석유공사

      (13) 한국지역난방공사

      (14) 기타

  2-3. CCUS 분야별 기술 개발 동향

    1) CCUS 가치사슬별 기술개발 이슈

      (1) 포집

      (2) 저장

      (3) 이용

    2) 이산화탄소(CO2) 포집 기술

      (1) 습식 포집 기술

      (2) 건식 포집 기술

      (3) 분리막 포집 기술

      (4) 공기중 포집 기술

    3) 이산화탄소(CO2) 저장 기술

      (1) CO2 저장 기술 개요

      (2) CO2 저장 기술 종류

    4) 이산화탄소(CO2) 전환 기술

      (1) 촉매 전환 기술

      (2) 전기화학 전환 기술

      (3) 광전기화학 전환 기술

      (4) 광화학 전환 기술

      (5) 생물학적 전환 기술

3. 국내외 CCUS 관련 정책 및 산업 동향

  3-1. 국내 CCUS 정책 동향

    1) 녹색성장 5개년 계획

      (1) 개요 및 추진 배경

      (2) 제1차 녹색성장 5개년 계획

      (3) 제2차 녹색성장 5개년 계획

      (4) 제3차 녹색성장 5개년 계획

    2) 기후변화대응 기본 계획

      (1) 개요 및 추진 배경

      (2) 제1차 기후변화대응 기본계획

      (3) 제2차 기후변화대응 기본계획

    3) 기후·환경연구개발사업 2021년도 시행계획(안)

      (1) 개요

      (2) ’20년 추진현황 및 주요성과

      (3) ’21년도 추진계획

      (4) 사업별 ’21년 추진계획 중 CCUS 분야

      (5) 향후 일정

    4) 국가 온실가스 감축 로드맵

      (1) 개요 및 추진 배경

      (2) 국가 온실가스 감축 기본 로드맵

      (3) 국가 온실가스 감축 로드맵 수정(안)

      (4) 국가 온실가스 감축 목표 상향안 제시

    5) 「다부처 대규모 CCS통합실증 및 CCU 상용화 기반구축」2021년도 시행계획(안)

      (1) 추진 배경 및 필요성

      (2) 사업개요(2021-2023)

      (3) 2021년 투자 및 주요 추진계획

    6) K-CCUS 추진단 발족과 주요사업

      (1) 추진 배경 및 필요성

      (2) K-CCUS 역할

      (3) K-CCUS 추진단 구성 현황

      (4) K-CCUS 추진단 사무국 개소

  3-2. 주요 국가별 CCUS 산업, 정책 및 프로젝트 동향

    1) 미국

      (1) 산업 동향

      (2) 정책 동향

      (3) 기술 동향

      (4) 미국 CCUS 프로젝트

    2) 캐나다

      (1) 산업 동향

      (2) 정책 동향

      (3) 캐나다 CCUS 프로젝트

    3) 유럽

      (1) 산업 동향

      (2) 정책 동향

      (3) 기술시장 동향

    4) 영국

      (1) 산업 및 정책 동향

      (2) 영국 CCUS 프로젝트

    5) 네덜란드

      (1) 산업 및 정책 동향

      (2) 네덜란드 CCS 프로젝트

    6) 중국

      (1) 산업 동향

      (2) 정책 동향

      (3) 중국 CCUS 프로젝트

    7) 일본

      (1) 산업 동향

      (2) 정책 동향

      (3) 일본 CCUS 프로젝트

    8) 호주

      (1) 산업 동향

      (2) 정책 동향

      (3) 호주 CCUS 프로젝트

Ⅲ. CCUS 관련 기술개발 동향과 연구과제

1. CCUS 관련 전략기술개발 로드맵

  1-1. 탄소자원화 국가전략프로젝트 실증 로드맵

    1) 추진 개요

    2) 실증 로드맵 주요 내용

      (1) 탄소전환 플래그십 실증

      (2) 탄소광물 플래그십 실증

      (3) 탄소자원화 전략 플랫폼 구축

    3) 탄소자원화 실증 과제 도출 개요

    4) 탄소자원화 국가전략프로젝트 실증 로드맵(안)

    5) 탄소자원화 국가전략프로젝트 실증 세부 이행 로드맵

  1-2. 이산화탄소 포집·활용(CCU) 기술혁신 로드맵(안)

    1) 추진 개요

      (1) 추진 배경

      (2) 추진 경과

    2) CCU 기술개발 동향

      (1) CO2 포집

      (2) CO2 화학전환

      (3) CO2 생물전환

      (4) CO2 광물탄산화

      (5) 기타탄소 활용

    3) 비전 및 추진전략

    4) 세부 추진전략

      (1) 핵심기술 확보 전략

      (2) R&D 투자 촉진

      (3) 제도적 기반 마련

      (4) 실효적인 이행체계 구축

    5) 향후 계획

  1-3. 탄소중립 기술혁신 추진전략 10대 핵심기술(CCUS 중분류별) 추진전략

    1) 저비용 CO2 포집 기술

      (1) 연소 배가스 포집 기술

      (2) 산업분야 공정가스 및 합성가스 포집 기술

      (3) 바이오가스 및 매립지가스 포집 기술

      (4) 연료 연소 중 원천분리 기술

      (5) 차세대 포집 기술

    2) 안전하고 효율적인 CO2 저장기술

      (1) 수송 기술

      (2) 탐사 기술

      (3) 주입 기술

      (4) 모니터링 기술

    3) 신산업 창출 CO2 활용기술

      (1) 연료전환 기술

      (2) 화학제품 전환 기술

      (3) 건축소재 광물화 기술

      (4) 차세대 탄소소재화 기술

2. CCUS 관련 주요 특허 동향과 유망기술개발 연구과제

  2-1. CCUS 관련 기술분야별 주요 특허 동향

    1) CCUS 관련 특허출원 동향

      (1) 개요

      (2) 주요국 특허 동향

      (3) 주요 출원인 동향

      (4) 기술별 특허 동향

    2) 이산화탄소의 재활용 기술 특허 동향

      (1) 개요

      (2) 세부 분야별 특허 동향

      (3) 주요 출원인 동향

      (4) 전기화학적 이산화탄소의 전환 기술의 개요 및 세부내용

  2-2. CCUS 관련 기술개발 연구과제

    1) 대규모 CCS 통합실증 및 CCU 상용화 기반구축 사업 총괄 관리

    2) 대심도 해양 탐사시추를 통한 대규모 CO2 지중저장소 확보

    3) 동해가스전을 활용한 중규모 CCS 통합실증 모델 개발

    4) 대규모 포집기술/포집원 평가 및 150MW급 포집플랜트 FEED 설계안 개발

    5) 탈황석고를 활용한 광물탄산화 기술 실증 및 온실가스 감축방법론 개발

    6) CCUS 법률안 정비 및 수용성을 포함한 제도적 기반 구축

    7) 철강 고로가스내 CO2 포집기술 격상 실증(80톤-CO2/일 급)

    8) 코크스오븐활용 CO2 취입·전환 기술 실증(CO2 투입량 80톤/일 급)

    9) 시멘트 산업 발생 CO2 활용 in-situ 탄산화 기술 개발

    10) 시멘트 산업 배출 CO2 활용 저탄소 연료화 기술개발

    11) 석유화학산업 NCC 배가스 대상 CO2 포집 파일럿 플랜트 실증 및 중립탄소활용 하이브리드 폴리우레탄

         생산기술 개발

    12) LNG 발전 연소배가스 대상 CO2 포집 기술 개발

    13) 도심형 LNG 연소배가스 대상 CO2 포집 기술개발

    14) CO2 지중저장 안전성 확보 기술개발

    15) CO2 저장효율 향상 기술 개발

    16) 탄소중립 실현을 위한 CO2 포집 연계형 저탄소 건물용 개질기 기술 개발

    17) 1MW급 가스 연소시스템의 연소중 CO2 포집기술 파일럿 실증

    18) 포집 CO2 활용 고부가 케미컬 제조 실증기술 개발

    19) 블루 수소 제조를 위한 분리막 기반 컴팩트 이산화탄소 포집 시스템 실증 기술개발