아이슬란드 세계 최대 탄소 포집 클라임웍스 맘모스 공장 가동

아이슬란드에 세계 최대 규모의 탄소 포집 공장이 가동되었습니다. Climeworks의 맘모스 공장은 연간 36,000톤의 CO2를 포집하며, 기후 변화와의 전쟁에서 중요한 역할을 합니다.

1. 아이슬란드의 클라임웍스 맘모스 공장

공장 소개 및 위치

클라임웍스(Climeworks)는 스위스에 본사를 둔 기업으로, 대기 중 이산화탄소(CO2)를 직접 포집하는 기술을 개발하고 상용화하는 데 주력하고 있습니다. 이 회사는 최근 아이슬란드에 위치한 ‘맘모스(Mammoth)’ 공장을 가동하여 세계 최대 규모의 탄소 포집 시설이라는 타이틀을 차지했습니다. 이 공장은 연간 36,000톤의 CO2를 포집할 수 있는 능력을 갖추고 있으며, 이는 현재 전 세계적으로 포집되는 연간 10,000톤의 거의 4배에 달하는 양입니다.

맘모스 공장은 아이슬란드의 헬리셰이디(Helisheiði) 지열 발전소 인근에 위치해 있습니다. 이 위치는 풍부한 지열 에너지를 활용할 수 있어, 클라임웍스의 공장이 지속 가능한 방식으로 운영될 수 있도록 돕습니다. 아이슬란드의 특유의 지열 자원은 공장이 에너지 효율적이고 친환경적으로 운영될 수 있게 해주는 중요한 요소입니다.

공장의 주요 특징과 기술

맘모스 공장은 여러 혁신적인 기술과 디자인 요소를 포함하고 있습니다. 이 공장은 현재 12개의 포집 장치가 가동 중이며, 최종적으로 72개의 포집 장치를 갖추게 될 예정입니다. 이 시설은 다양한 기술적 특징과 효율성을 갖추고 있으며, 다음과 같은 주요 요소들이 포함되어 있습니다.

1. 공기 직접 포집 기술 (Direct Air Capture, DAC)
   • 클라임웍스의 DAC 기술은 대형 팬을 사용해 대기 중의 공기를 흡입한 후, CO2를 흡착하는 특수한 흡착제를 이용하여 공기 중의 CO2를 분리합니다. 이 흡착제는 CO2와 결합한 후 포화 상태가 되면 폐쇄 시스템 내에서 약 섭씨 100도(화씨 212도)까지 가열되어 CO2를 방출합니다. 방출된 CO2는 포집되어 이후의 처리 과정으로 넘어갑니다.
2. 효율적인 공간 활용 및 설계
   • 맘모스 공장은 CO2 포집기를 스택 형태로 쌓아 설치함으로써, 동일 면적당 더 많은 CO2를 포집할 수 있는 효율성을 극대화했습니다. 이는 공장의 토지 사용량을 줄이고, 단위 면적당 더 많은 CO2를 포집할 수 있게 합니다.
3. V자형 구성
   • 새로운 V자형 구성을 도입하여 공기 흐름을 최적화하고 성능을 향상시켰습니다. 이는 공기의 흐름을 보다 원활하게 하여 더 많은 CO2를 효율적으로 포집할 수 있게 합니다.
4. 저압 CO2 흡수탑
   • 공장 내의 새로운 CO2 흡수탑은 낮은 압력에서 가스를 물에 녹여 에너지 비용을 절감할 수 있습니다. 이는 기존 방식에 비해 더 경제적이고 효율적인 CO2 포집을 가능하게 합니다.
5. Carbfix와의 파트너십
   • 포집된 CO2를 영구적으로 저장하기 위해, 클라임웍스는 아이슬란드의 Carbfix와 협력하고 있습니다. Carbfix는 CO2를 물에 녹인 후, 현무암으로 이루어진 다공성 암석 깊숙한 곳에 주입하는 기술을 개발했습니다. 이 과정에서 CO2는 암석과 반응하여 안정적인 고체 탄산염 광물로 변환되어 수천 년 동안 저장될 수 있습니다.
6. 현장 주입정
   • Orca 공장과 달리, Mammoth 공장은 현장에 두 개의 주입정을 갖추고 있어, 포집된 CO2를 저장소로 운반하는 비용과 시간을 절약할 수 있습니다. 이는 공장의 운영 효율성을 높이는 중요한 요소입니다.

2. 탄소 포집의 작동 원리

공기 직접 포집 기술 설명

공기 직접 포집(DAC, Direct Air Capture)은 대기 중에 존재하는 이산화탄소(CO2)를 직접 제거하는 기술입니다. 이 기술은 대형 팬과 특수한 흡착제를 이용해 공기 중의 CO2를 포집하고 이를 저장하거나 활용할 수 있도록 처리합니다. DAC 기술의 주요 목표는 대기 중의 CO2 농도를 줄여 지구 온난화와 기후 변화를 완화하는 것입니다.

DAC 기술의 기본 원리는 다음과 같습니다:

1. 공기 흡입: 대형 팬을 사용해 주변 공기를 시스템 내로 흡입합니다. 이 과정에서 공기는 흡착제가 담긴 집진 장치로 이동합니다.
2. CO2 흡착: 흡입된 공기는 CO2를 흡착하는 특수한 물질로 채워진 필터를 통과합니다. 이 필터는 화학적으로 CO2와 결합하여 CO2를 공기에서 분리해 냅니다. 이 과정에서 나머지 공기는 다시 대기로 방출됩니다.
3. 포화 상태: 흡착제가 CO2를 충분히 흡수하여 포화 상태가 되면, 필터는 교체되거나 재생 과정으로 넘어갑니다.
4. CO2 방출: 포화된 흡착제는 폐쇄된 시스템 내에서 가열되어 CO2를 방출합니다. 이 CO2는 고농도로 농축되어 포집됩니다.
5. CO2 저장 및 활용: 포집된 CO2는 다양한 방식으로 저장되거나 활용될 수 있습니다. 일부는 지하 깊은 곳에 영구적으로 저장되고, 일부는 산업용으로 재활용됩니다.

Climeworks의 포집 과정

클라임웍스(Climeworks)는 DAC 기술을 선도하는 기업 중 하나로, 아이슬란드에 위치한 맘모스 공장을 통해 대규모 CO2 포집을 실현하고 있습니다. Climeworks의 포집 과정은 다음과 같은 단계로 이루어집니다:

1. 공기 흡입: Climeworks의 포집 장치는 대형 팬을 사용해 주변 공기를 흡입합니다. 이 공기는 흡착제 필터가 장착된 집진 장치로 들어갑니다.
2. CO2 흡착: 흡착제 필터는 공기 중의 CO2와 화학적으로 결합합니다. 이 필터는 아민이라는 화합물을 사용하여 CO2를 선택적으로 흡착합니다. 흡착제는 CO2와 결합한 후 포화 상태가 되며, 이 때 나머지 공기는 다시 대기로 방출됩니다.
3. 포화 및 가열: 포화된 흡착제는 밀폐된 시스템 내에서 약 섭씨 100도(화씨 212도)로 가열됩니다. 가열된 흡착제는 CO2를 방출하고, 이 CO2는 고농도로 농축되어 별도의 저장 용기로 이동합니다.
4. CO2 농축 및 저장: 방출된 CO2는 농축되어 저장됩니다. Climeworks는 이 CO2를 물에 녹여 탄산화 과정을 거쳐 영구적으로 저장할 수 있는 형태로 변환합니다. 이 과정에서 CO2는 현무암과 같은 다공성 암석에 주입되어 암석과 화학 반응을 일으켜 안정적인 고체 탄산염으로 변환됩니다.
5. 지하 주입: Climeworks는 아이슬란드의 Carbfix와 협력하여 포집된 CO2를 현무암 지층 깊숙한 곳에 주입합니다. 이 과정에서 CO2는 물에 녹아 암석과 반응하여 수천 년 동안 안정적으로 저장될 수 있는 고체 탄산염을 형성합니다.
6. 효율성 향상: 맘모스 공장은 기존 Orca 공장보다 더 많은 포집 장치를 갖추고 있으며, V자형 구성과 같은 새로운 설계를 도입하여 공기 흐름을 최적화하고 포집 효율을 향상시켰습니다. 또한, 낮은 압력에서 CO2를 흡수하는 새로운 흡수탑을 통해 에너지 비용을 절감할 수 있습니다.

3. 맘모스 공장의 세부 사항

현재 가동 중인 포집 장치 수

맘모스 공장은 세계 최대 규모의 직접 공기 포집(DAC) 시설로, 최종적으로 72개의 포집 장치를 갖출 예정입니다. 그러나 현재 단계에서는 12개의 포집 장치가 가동 중입니다. 이 12개의 장치는 연간 약 4,000톤의 CO2를 포집할 수 있는 용량을 가지고 있습니다. 이는 이전에 아이슬란드에 세운 오르카(Orca) 공장의 8개 유닛보다도 많은 양의 CO2를 포집할 수 있는 능력을 나타냅니다.

맘모스 공장의 포집 장치들은 대형 팬을 이용해 공기를 흡입하고, CO2를 흡착하는 특수한 흡착제로 채워진 필터를 통해 CO2를 분리해냅니다. 필터가 CO2로 포화되면, 시스템은 이를 가열하여 CO2를 방출하고, 농축된 CO2를 별도의 저장 용기로 이동시킵니다. 이 과정은 지속적으로 반복되어 대기 중 CO2 농도를 줄이는 데 기여합니다.

CO2 저장 방식 및 파트너십 (Carbfix)

포집된 CO2를 영구적으로 저장하기 위해, Climeworks는 아이슬란드의 Carbfix와 협력하고 있습니다. Carbfix는 혁신적인 지질 저장 기술을 개발하여 CO2를 안정적으로 저장하는 방법을 제공합니다. 이 파트너십을 통해 포집된 CO2는 다음과 같은 과정을 거쳐 저장됩니다:

1. CO2 용해 및 주입: 포집된 CO2는 물에 녹여 탄산화된 형태로 변환됩니다. 이 과정에서 CO2는 물과 결합하여 탄산수를 형성합니다. 탄산수는 그 후 지하의 현무암 지층 깊숙한 곳에 주입됩니다. 이 주입 과정은 지열 발전소 인근에서 이루어지며, 맘모스 공장은 현장에 두 개의 주입정을 갖추고 있어 CO2를 운반하는 비용과 시간을 절약할 수 있습니다.
2. 화학 반응 및 고체화: 주입된 탄산수는 현무암 지층 내의 미세한 균열과 공극을 통해 침투합니다. 이 과정에서 CO2는 현무암과 화학 반응을 일으켜 안정적인 고체 탄산염으로 변환됩니다. 이 고체 탄산염은 수천 년 동안 안정적으로 존재할 수 있으며, 지구 온난화와 기후 변화를 완화하는 데 기여합니다.
3. 지하 저장: Carbfix의 기술은 CO2를 지하 깊숙한 곳에 영구적으로 저장하는 것을 목표로 합니다. 주입된 CO2는 물과 결합하여 탄산수로 변환된 후, 지하 암석과 반응하여 고체 탄산염을 형성합니다. 이 과정은 수천 년 동안 안정적으로 유지되며, 지구 환경에 부정적인 영향을 미치지 않습니다.

맘모스 공장은 이러한 기술적 혁신과 Carbfix와의 협력을 통해 탄소 포집 및 저장의 효율성을 극대화하고 있습니다. 이 공장은 대기 중 CO2 농도를 줄이는 데 중요한 역할을 하며, 기후 변화에 대응하는 데 있어 중요한 전환점을 제공하고 있습니다.

Climeworks와 Carbfix의 협력

Climeworks와 Carbfix의 협력은 지속 가능한 탄소 포집 및 저장 기술을 개발하고 상용화하는 데 중요한 역할을 합니다. 두 회사는 각자의 기술적 강점을 결합하여, DAC 기술과 지질 저장 기술을 통합한 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 이 협력은 CO2를 대기 중에서 제거하고, 이를 안정적으로 저장하는 데 있어 중요한 진전을 이룩하고 있습니다.

4. 미래 계획 및 목표

Climeworks의 장기 목표

Climeworks는 기후 변화에 대응하기 위해 대기 중 이산화탄소(CO2)를 직접 포집하는 기술을 상용화하고 확장하는 데 중점을 두고 있습니다. 이 회사의 장기 목표는 2030년까지 메가톤 규모, 2050년까지 기가톤 규모로 CO2를 제거하는 것입니다. 구체적인 목표는 다음과 같습니다:

1. 2030년까지 메가톤 규모 포집: Climeworks는 2030년까지 연간 100만 톤의 CO2를 포집하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이를 위해 더 많은 대형 DAC 시설을 구축하고, 기술을 지속적으로 개선하여 포집 효율을 높일 계획입니다. 이러한 목표는 기후 변화에 대응하기 위한 글로벌 노력의 중요한 부분으로, 지구 온난화를 억제하는 데 큰 역할을 할 것입니다.
2. 2050년까지 기가톤 규모 포집: 장기적으로 Climeworks는 2050년까지 연간 10억 톤의 CO2를 포집하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이는 현재 전 세계적으로 포집되는 CO2 양을 크게 증가시키는 것이며, 지구 온난화를 섭씨 1.5도 이하로 유지하기 위한 과학자들의 권고에 부합하는 목표입니다. 이를 달성하기 위해 Climeworks는 지속적인 연구 개발과 함께 글로벌 파트너십을 강화하고, 포집 및 저장 기술의 경제성을 높일 계획입니다.
3. 경제성 개선: Climeworks는 DAC 기술의 경제성을 개선하는 데도 집중하고 있습니다. 현재 CO2 1톤을 포집하는 비용을 2030년까지 톤당 400600달러, 2040년까지 톤당 200350달러로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다. 이를 위해 기술 혁신과 생산성 향상을 통해 비용을 절감하고, 대규모 시설을 통해 경제적 규모의 경제를 실현할 계획입니다.

미국 정부와의 협력 및 기타 계획

Climeworks는 미국 정부와 협력하여 DAC 기술의 상용화와 확장을 추진하고 있습니다. 이 협력은 Climeworks의 글로벌 확장 계획의 중요한 부분으로, 미국 정부의 지원을 통해 DAC 기술을 대규모로 배포하는 데 중점을 두고 있습니다. 주요 협력 내용은 다음과 같습니다:

1. DAC 허브 구축: 미국 정부는 연간 100만 톤의 CO2를 포집할 수 있는 4개의 직접 공기 포집 허브를 구축하기 위해 35억 달러를 배정했습니다. Climeworks는 이 프로젝트의 일환으로 루이지애나에 위치한 시설 중 하나에 기술을 제공할 예정입니다. 이 허브는 대규모 CO2 포집 및 저장을 실현하는 중요한 기지로서, Climeworks의 기술이 미국 내에서 널리 적용될 수 있는 발판을 마련합니다.
2. 기술 상용화 및 확장: Climeworks는 미국 정부와의 협력을 통해 DAC 기술의 상용화를 가속화하고, 글로벌 시장에서의 입지를 확대할 계획입니다. 이를 위해 미국 내 다양한 지역에서 추가적인 DAC 시설을 구축하고, 포집된 CO2의 활용 및 저장 방안을 모색할 것입니다.
3. 글로벌 파트너십 강화: Climeworks는 미국 정부 외에도 전 세계 여러 국가 및 기업과 협력하여 DAC 기술의 글로벌 확장을 추진하고 있습니다. 이를 통해 다양한 지역에서 CO2 포집 및 저장 인프라를 구축하고, 기술을 지속적으로 개선하여 기후 변화에 효과적으로 대응할 수 있는 솔루션을 제공할 것입니다.
4. 기타 계획: Climeworks는 지속 가능한 에너지원과의 통합, 탄소 중립 목표 달성, 대규모 재생 에너지 프로젝트와의 연계 등 다양한 계획을 통해 DAC 기술의 적용 범위를 확대할 것입니다. 또한, 포집된 CO2를 활용한 새로운 산업 및 제품 개발을 통해 경제적 가치 창출에도 기여할 계획입니다.

5. 경제성 및 에너지 문제

탄소 포집 비용

탄소 포집 기술의 경제성은 기후 변화에 대응하기 위한 중요한 요소 중 하나입니다. Climeworks와 같은 직접 공기 포집(DAC) 기술은 초기 설치 비용과 운영 비용이 상당히 높기 때문에, 이를 상용화하고 대규모로 확장하는 데 있어 경제적인 도전 과제가 존재합니다. 현재와 미래의 탄소 포집 비용에 대한 Climeworks의 목표는 다음과 같습니다:

1. 현재 비용: Climeworks는 현재 CO2 1톤을 포집하는 데 드는 비용을 구체적으로 밝히지 않았지만, 업계 전문가들은 톤당 600~800달러로 추정하고 있습니다. 이러한 높은 비용은 주로 기술의 초기 단계와 소규모 생산으로 인한 것입니다.
2. 2030년 목표: Climeworks는 2030년까지 CO2 1톤을 포집하는 비용을 톤당 400~600달러로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 목표를 달성하기 위해 Climeworks는 기술 혁신, 생산성 향상, 대규모 시설 건설을 통해 경제적 규모의 경제를 실현할 계획입니다.
3. 2040년 목표: 장기적으로 Climeworks는 2040년까지 CO2 1톤을 포집하는 비용을 톤당 200~350달러로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다. 이를 위해 지속적인 연구 개발과 함께 운영 효율성을 극대화하고, 더 많은 DAC 시설을 구축하여 비용을 절감할 예정입니다.

에너지 원천에 대한 고려사항

탄소 포집 기술의 성공적인 구현을 위해서는 지속 가능하고 경제적인 에너지원이 필요합니다. Climeworks는 다양한 에너지원 중에서도 특히 재생 가능 에너지를 우선적으로 고려하고 있습니다. 주요 고려사항은 다음과 같습니다:

1. 지열 에너지: Climeworks의 맘모스 공장은 아이슬란드의 풍부한 지열 에너지를 활용하여 운영됩니다. 지열 에너지는 친환경적이고 지속 가능한 에너지원으로, CO2 배출 없이 대규모 전력을 공급할 수 있습니다. 이는 DAC 기술의 에너지 요구를 충족시키는 데 매우 적합합니다.
2. 재생 가능 에너지: Climeworks는 지열 에너지 외에도 태양광, 풍력 등 다양한 재생 가능 에너지를 활용하는 방안을 모색하고 있습니다. 이러한 에너지원은 지속 가능하며, CO2 배출을 줄이는 데 기여할 수 있습니다. Climeworks는 재생 가능 에너지와 DAC 기술의 통합을 통해 운영 비용을 절감하고, 탄소 중립 목표를 달성하려고 합니다.
3. 에너지 효율성 향상: Climeworks는 DAC 기술의 에너지 효율성을 지속적으로 개선하고 있습니다. 예를 들어, 맘모스 공장은 새로운 V자형 구성으로 공기 흐름을 개선하여 성능을 향상시켰으며, 낮은 압력에서 가스를 물에 녹이는 새로운 CO2 흡수탑을 도입하여 에너지 비용을 절감할 수 있었습니다. 이러한 기술 혁신은 DAC 기술의 경제성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.
4. 지역적 에너지 자원 활용: Climeworks는 각 지역의 특성에 맞는 에너지원 활용을 고려하고 있습니다. 예를 들어, 아이슬란드에서는 지열 에너지를 활용하고, 미국이나 다른 국가에서는 태양광, 풍력 등 다양한 재생 가능 에너지를 활용하는 방안을 검토하고 있습니다. 이를 통해 DAC 기술의 에너지 공급 문제를 해결하고, 지역별 특성에 맞는 맞춤형 솔루션을 제공할 수 있습니다.
5. 에너지 저장 기술: 재생 가능 에너지는 일관된 에너지 공급이 어려울 수 있으므로, Climeworks는 에너지 저장 기술의 도입을 검토하고 있습니다. 에너지 저장 기술을 통해 DAC 시설이 필요로 하는 에너지를 안정적으로 공급받을 수 있으며, 운영 효율성을 극대화할 수 있습니다.