[CCUS] CCUS 프로젝트 비용 구조

CCUS가 널리 상용화되지 못하고 있는 이유는 기술의 성숙도가 낮아, 프로젝트의 경제성을 확보할 수 없기 때문이며, 이산화탄소의 포집 - 운송 - 저장 또는 활용으로 구성된 CCUS Valuechain 상에서 가장 많은 비용을 차지하는 단계는 탄소 포집(Carbon Capture)이다.

 

일반적인 CCUS 프로젝트의 비용구조는 다음과 같다.

Source: Kearney Energy Transition Institute, , Zero Emission Platform, IEAGHG, The Costs of CO2 Capture, Transport and Storage, 2011, GCCSI - Technology Readiness and Costs of CCS (March 2021)

 

통상적으로 산업 배출원에서의 탄소 포집(Point source Carbon Capture)은 전체 CCUS 프로젝트 비용의 약 75%를 차지하며, 운송 및 저장이 약 25%를 차지한다.

 

탄소의 포집 비용은 탄소를 포집하고자 하는 가스의 CO2 농도에 따라 결정된다.

• CO2 농도가 90% 이상인 천연가스 Processing의 경우, 이미 수십년 전부터 탄소 포집 기술이 성숙되어 상업화 되어 있고,
• CO2 농도가 0.04%인 공기에서 탄소를 직접 포집하는 DAC(Direct Air Capture, 공기 중 직접 포집)의 경우 CO2를 1톤 포집하는데 ~$600 이상이 들며, 포집 비용이 전체 프로젝트 비용의 90% 이상을 차지하여 경제성을 확보하기 어려운 상황이다.

 

주요 산업별 CO2 농도 및 톤당 포집 비용은 다음과 같다.

Source: Kearney

 

천연가스 Processing 등 CO2 농도가 높은 산업에서는 CCUS 기술의 활용이 이미 경제성을 달성하여, 상용화되어 있다.

• 가스 내 CO2 농도가 95~100%에 달하는 Natural gas processing, 석탄 화학, 암모니아, 에탄올, 산화 에틸렌 등의 산업의 경우, 탄소 포집 비용이 낮아 경제성을 확보하여, CCUS 기술이 오랜 기간 상용화 되어 적용되어 있다.
• 천연가스 Processing에서 포집되는 CO2는 전체 포집 CO2양의 약 2/3를 차지하고 있다.

 

하지만 배가스의 CO2 농도가 보다 낮은 탄소 집약적 산업에 대한 탄소 포집은 여전히 기술적 성숙도가 낮아 경제성을 확보하지 못하고 있다.

• 철강, 시멘트, 석유화학 산업은 각 산업이 전 세계 탄소 배출량의 7~9%를 차지하는 대표적인 탄소 집약적 산업이다.
• 에너지 및 발전 영역 또한 전세계 탄소 배출량의 약 26%를 차지한다.

위 산업들은 배가스의 이산화탄소 농도가 낮아 탄소 포집에 많은 비용이 소요되므로, CCUS 도입의 경제성을 확보하지 못하고 있다.

 

Harvard Kennedy School Belfer centre의 연구 결과에서 제시한 미국의 산업별 탄소 포집 비용은 다음과 같다.

• 암모니아 생산: $22–$32 per ton
• 에탄올 생산: $26–$36 per ton
• 시멘트 생산: $19–$205 per ton
• 철강 제철소: $8–$133 per ton
• 석탄 발전소: $20–$132 per ton
• 천연가스 발전소: $49–$150 per ton
• 수소 생산: $65–$136 per ton

NETL에서 2023년 발표한 연구에서도, CO2의 농도에 따라 산업별로 포집 비용이 크게 차이나는 것을 확인할 수 있다. 

Source: NETL(2023)

 

실제로 발전소에 CCUS 설비를 도입했을 때, 비용의 증가 효과는 다음과 같다.

Source: Kearney

 

실제로 CCUS를 발전소에 적용했을 때, Levelized Cost가 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.

• 석탄 발전의 경우 $57/MWh의 발전 비용이, 90% 포집 시 $97/MWh로 1.7배 증가하고,
• 천연가스 발전의 경우 $59/MWh의 발전 비용이, 90% 포집 시 $86/MWh로 1.5배 증가한다.

다만, CO2 포집률을 증가하는데 있어서 비용의 증가효과는 상대적으로 moderate 함 또한 확인할 수 있다.

• 석탄 발전의 경우 90% 포집률을 99%로 증가시키는데, 비용의 증가효과는 약 8%
• 천연가스 발전의 경우 90% 포집률을 99%로 증가시키는데, 비용의 증가효과는 약 7% 수준이다.

 

발전소 뿐만 아니라 시멘트, 철강 등 다른 산업에서도 마찬가지로, 위와 같은 비용 증가를 자발적으로 부담하며 CCUS 기술을 도입하는 것은 쉽지 않은 결정이다. 특히나 시멘트, 철강 등의 전통 제조업의 경우 제품의 차별화가 어렵기 때문에, 동일한 시장에서 동일한 제품을 증가된 비용 구조에서 생산하며 경쟁해야하기 때문이다. (그린 프리미엄이 존재하는 경우도 있으나, 극히 소수이다.)

 

탄소 감축을 통해 발생하는 incentive가 위와 같은 비용의 증가를 상쇄할 수 있을 때, 비로소 산업이 CCUS 기술을 도입하며 시장이 개화할 수 있을 것이다.  따라서 이러한 산업의 성숙을 촉진하기 위해서는 미국의 45Q Credit과 같은 인센티브 제도의 도입 및 강화가 필요하다.