탄소중립 혁신기술
비용DB 구축체계 및 도입전략
Costs of Innovative Technologies for Achieving Carbon Neutrality
신동원 최형식 임형우 전자영 양유경 순병민
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연구진연구책임자 신동원 (한국환경연구원 연구위원) 참여연구원 최형식 (한국환경연구원 부연구위원)
임형우 (한국환경연구원 부연구위원) 전자영 (한국환경연구원 연구원) 양유경 (한국환경연구원 연구원) 순병민 (충남대학교 교수)
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연구자문위원 (가나다순)구윤모 (서울대학교 교수)
박주영 (한국환경연구원 부연구위원) 방종철 (온실가스종합정보센터 연구관) 심창섭 (한국환경연구원 선임연구위원)
전호철 (충남대학교 교수)
채여라 (한국환경연구원 선임연구위원)
ⓒ 2022 한국환경연구원 발행인 이 창 훈
발행처 한국환경연구원
(30147) 세종특별자치시 시청대로 370 세종국책연구단지 과학·인프라동
전화 044-415-7777 팩스 044-415-7799 http://www.kei.re.kr
인 쇄 2022년 12월 26일 발 행 2022년 12월 31일
등 록 제 2015-000009호 (1998년 1월 30일) ISBN 979-11-5980-662-9 93530 인쇄처 에코디자인 044-868-0054
이 보고서를 인용 및 활용 시 아래와 같이 출처를 표시해 주십시오.
신동원 외(2022),
｢
탄소중립 혁신기술 비용DB 구축체계 및 도입전략｣
, 한국환경연구원.값 9,000원
우리나라 정부는 기후 위기에 대응하여 탄소중립을 발표하였으며, 2050 장기 저탄소 발전 전략과 2050 탄소중립 시나리오 및 탄소중립 기술혁신 추진전략을 통해 탄소중립의 방향과 계획을 제시하였습니다. 장기적으로 온실가스를 감축하기 위해서는 혁신적인 탄소중립 기술은 필수적이며 이는 탄소중립 시나리오 이행을 위해서는 예상보다 빠른 도입이 필요합니다.
또한 효율적이고 효과적으로 혁신적인 탄소중립 기술을 도입하기 위해서는 관련 비용 정보나 탄소중립 이행 경로에 따른 전략이 필요합니다.
본 연구에서는 탄소중립 시나리오 이행을 위한 핵심 혁신기술을 선별하고 기술 비용DB 구축 체계를 마련하고자 하였습니다. 이를 위해 국내외 탄소중립 시나리오를 검토하고 수집 된 기술DB를 활용하여 2050 탄소중립 시나리오 달성을 위한 혁신기술들의 비용을 산정하 였습니다. 기술별 전문가 자문을 통해 각 기술의 상용화 촉진을 위한 인센티브 및 정책 수단 도입 방안 등도 논의하였습니다, 본 연구에서 도출한 결과가 우리나라 탄소중립 시나리오 작성 및 모형 구축 단계에서 의미 있는 기여를 할 것으로 기대합니다.
끝으로 본 연구를 수행한 한국환경연구원 탄소중립연구실의 신동원 박사, 최형식 박사, 임형우 박사, 전자영 연구원, 양유경 연구원. 충남대학교 순병민 교수께 감사를 표합니다.
바쁘신 와중에도 자문을 통해 연구에 도움을 주신 서울대학교 구윤모 교수, 충남대학교 전 호철 교수, 온실가스종합정보센터 방종철 연구관께 깊은 감사를 드립니다. 또한 우리 원의 심창섭 박사, 채여라 박사, 박주영 박사의 자문에도 감사를 표합니다.
2022년 12월 한국환경연구원 원 장
이 창 훈
요 약
Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
1. 서 론
❏
파리협정(2015년), IPCC 1.5℃ 보고서(2018년), UN 기후정상회의(2019년)를 거쳐 세계 각국은 2050년 탄소중립을 목표로 설정하였음ㅇ 우리나라 정부는 2050 장기 저탄소 발전전략을 통해 탄소중립의 방향과 계획을 제시 하였으며, 2050 탄소중립 시나리오 및 탄소중립 기술혁신 추진전략을 수립하여 목표와 전략 제시
ㅇ 현재 구축된 기술DB는 2030년 감축목표 달성을 위한 기술 중심이며 탄소중립 시나리오 이행을 위한 핵심 혁신기술 선별과 기술 비용DB 필요
ㅇ 또한 효율적이고 효과적인 기술 도입을 위해서는 비용 정보와 탄소중립 이행 경로에 따른 전략 필요
❏
연구 범위와 방법론ㅇ 탄소중립 시나리오 이행을 위한 핵심 혁신기술을 선별하고 기술 비용DB 구축 - 2050 탄소중립 시나리오 검토: 핵심 기술 파악, 혁신기술 선별
- 탄소중립 정책 분석에 활용 가능한 혁신기술을 중심으로 DB 구축 방안 검토 ㅇ 비용 계산을 통한 효과적인 기술 도입 전략 제시
- 선별한 혁신기술을 대상으로 기술별 자본 비용과 설치 비용, 운영유지 비용으로 구성된 기술 비용을 추정하고 해당 자료를 활용하여 연간 균등 비용으로 전환한 후 연료비를 고려하여 최종적으로 온실가스 단위당 감축 비용 도출
Ⅱ. 국내외 온실가스 배출 감축 현황 및 검토
1. 국내외 온실가스 배출 현황
❏
전 세계의 온실가스 배출량은 1990년 20.5Gt이산화탄소에서 2021년 36.3Gt이산화 탄소로 약 16Gt이산화탄소 증가한 것으로 추정ㅇ 전력 부문의 수요 감소와 태양광 및 풍력 등 저탄소 연료 관련 기술이 전 세계 에너지 믹스에서 연간 점유율 사상 최고점에 도달
ㅇ 석탄 연소의 증가가 에너지 시장에 영향을 미쳐 총배출량은 코로나19 팬데믹 이전보다 증가
❏
2021년 국내 온실가스 잠정배출량은 679.6백만톤CO2eq이며 1990년도 총배출량과 비교했을 때 약 132.7% 증가ㅇ 코로나19 팬데믹 이후 산업계의 생산활동 회복과 제한되었던 이동에 대한 수요의 증가로 배출량은 2020년보다 약 3% 증가
ㅇ 이산화탄소 배출량이 많은 부문은 에너지와 산업공정 분야이며 2021년 기준 전체 배출 에너지 비중에서 에너지 분야가 86.9%, 산업공정이 7.5%를 차지
❏
국외 온실가스 감축 정책ㅇ 국가마다 다양한 형태로 탄소중립을 선언했으며 한국, 유럽, 영국, 프랑스, 독일 등 총 14개국이 탄소중립을 법제화함
<표 1> 국가별 탄소중립 정책
구분 내용 비고
영국
- 세계 최초로 기후변화 관련 법인
｢
기후변화법(Climate Change Act)｣
제정․
녹색산업혁신에 대한 10대 중점계획을 수립(’20.11) - 국가 탄소중립 최상위 계획인 ‘탄소중립 전략’ 수립(’21)․
녹색성장과 코로나19 팬데믹의 경제 극복 기반 마련 EU- 2050년까지 탄소중립을 목표로 하는 유럽기후법을 채택
- 2030년 온실가스 배출량은 1990년 대비 55% 감축(Fit for 55), 2050년 순배출 제로 달성을 목표
중국
- 2060년까지 탄소중립을 공표(’20.9) - 탄소중립 마스터 플랜 발표(’21.10)
․
‘탄소배출 정점 및 탄소중립 달성’ 업무 의견’과 ’2030년 이전 탄소배출 정 점 행동 방안‘ 등을 발표미국
- 파리협정 재가입(’21.2), 2050 탄소중립 목표 제시(’21.1), 기후정상회의 개최 추진(’21.4)
- 중장기 온실가스 감축목표(’21.4)와 2050 탄소중립 실현을 위한 5개 전략 (’21.11) 수립
․
전력 탈탄소화, 청정연료 대체, 에너지 소비 저감 등 수립 독일-
｢
연방 기후 보호법(Bundes-Klimaschutzgesetz)｣
제정(’19.12) - 코로나19 팬데믹 회복을 위한 지속 가능한 경로 전략 수립(’20.5)․
경제 회복과 탄소중립 사회로의 전환 통합 추진 러시아- 온실가스 배출 제한에 관한 법 제정(’21.7)
․
러시아 영토, 대륙붕, 카스피해의 배타적 경제수역에서 수행되는 온실가스 배출을 동반한 경제 및 기타활동에 대한 법적 규제를 규정일본
- 지구온난화대책추진본부 국가 온실가스 감축 목표(NDC)를 결정(’20.3)
․
2013년 대비 온실가스 배출량을 2030년까지 -26% 수준으로 감축 - 2050 국가 탈탄소화 장기전략 수립과 2050 탄소중립 사회 전환 발표(’20.10)
- 지구온난화대책의 추진에 관한 법률 개정(’21.4)
프랑스
-
｢
에너지기후법｣
(’19.11), 에너지-기후 국가계획(’20.3) 수립․
2030년까지 온실가스 배출량을 1990년 대비 39.5% 감축 - 국가 저탄소 전략(’20)과｢
기후대응법｣
(’21.8) 마련․
경제 부문의 세부 전략 제시와 국민 참여형 대응 대책 마련을 위한 체계 도입자료: 국가별 정책(안)을 참고로 저자 작성.
❏
국내 온실가스 감축 정책ㅇ
｢
기후위기 대응을 위한 탄소중립·녹색성장 기본법｣
(이하, 탄소중립기본법)을 제정(’21.9), 시행(’22.7)- 온실가스 감축, 기후 위기 적응, 정의로운 전환, 녹색성장 등의 내용 포함 ㅇ 탄소중립을 위한 기술혁신 및 상용화, 국민 인식 등을 전제로 국내외 경제, 사회
상황, 기술 개발, 상용화 속도 등 정책 여건 변화를 고려하여 2050 탄소중립 시나리오 작성(’21.10)
ㅇ 탄소중립 달성 중기목표인 2030년 국가 온실가스 감축목표(NDC)를 기존의 2017년 대비 24.4%에서 2018년 대비 40%로 대폭 상향
- 신규 NDC 목표에 따르면 앞으로 연평균 4.17%씩 온실가스 배출을 감축해야 하며 향후 9년간 NDC 목표 달성을 위한 실천적 이행뿐만 아니라 2050 탄소중립 달성을 위한 기술적, 사회적, 제도적 기반 필요
2. 주요 국가의 탄소중립 전략과 혁신기술
❏
혁신기술은 온실가스 배출량을 줄이거나 기후 변화 영향을 해결하는 데 필수적인 기술 중 탄소 배출량을 고려하여 감축 잠재력이 높지만 개발 초기 단계에 머물러 있는 기술과 효율성 향상을 위해 필요한 기술로 정의ㅇ 국내외 탄소중립 관련 정책과 기술 개발 로드맵 및 전략 등을 검토
- 온실가스 감축에 가장 큰 영향을 미치는 에너지 전환 부분에서 재생에너지(태양광, 풍력), 이산화탄소 포집 및 활용·저장(CCUS), 수소 공급, 연료전지 도입 등이 주요한 혁신기술로 언급됨을 확인
ㅇ 기술별 전문가 의견과 함께 향후 탄소중립 시나리오에서 고려 중인 혁신기술을 검토 - 국내에서 현재 개발 초기 단계에 머물러 있는 기술 중 에너지 저장 시스템ESS와
부유식 해상풍력, CCUS와 효율성 향상이 필요한 기술 중 차세대 태양광, 수소 생산, 발전, 저장 및 운송 기술을 선정
❏
해당 기술들의 국내 확산을 위해서는 기술 개발과 상용화를 통해 기술의 경쟁력 확보가 중요하며, 이를 위해 각 기술의 도입 비용을 산정하고 기술 성숙 시기를 앞당겨 상용화와 보급을 확산하는 것이 필요Ⅲ. 혁신기술 현황과 비용 산정
1. 차세대 태양광
❏
현재 태양광발전 기술에서는 단결정 실리콘계 태양광 기술이 95%를 차지하고 있으며 기술혁신 방향으로는 실리콘 기반, 탠덤, 페로브스카이트 박막 기술이 있음 ㅇ 고효율 차세대 태양전지인 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지는 기존 실리콘 태양전지에서 흡수하지 못했던 다양한 파장의 빛을 흡수하기 때문에 효율을 높일 수 있음
ㅇ 국내외에서 태양광 보급 확산을 위한 정책들이 시행되는 가운데 도시형 태양광 적용을 위해 태양전지 효율을 30~35% 수준으로 높이는 연구 개발이 국내에서 진행 중임 ㅇ 국내에서는 2026년경 페로브스카이트/실리콘 탠덤 제품이 상용화될 예정임
❏
해당 기술들의 2020년부터 2050년까지 10년 단위투자비, 운영비, 내구연한을 주요 변수로 하여 LCOE와 온실가스 단위당 감축 비용을 산정한 결과는 <표 2>와 같음 ㅇ 감축 비용은 2020년 기준으로 2만 2,000원 수준이며, 태양광 LCOE 하락으로 2030년 부터 감축 비용에 편익이 발생하여 2050년에는–
21만 원 수준이 될 것으로 전망 ㅇ 탠덤 태양광은 고효율 태양전지로 2030년에는 실리콘 LCOE에 비해 감축비용이높지만, LCOE가 추가로 하락하여, 2050년에는 실리콘 태양광보다 감축 비용에 더 큰 편익 발생
<표 2> 태양광 단위당 감축 비용 산정 결과
구분 2020년 2030년 2040년 2050년
감축량(g/kWh) 647 642 393 393
LCOE (원/kWh)
실리콘 태양광 114 69 53 49
탠덤 태양광 - 82 53 44
석탄, LNG SMP 가격(원/kWh) 99 99 112 112
감축 비용 (원/tCO2eq)
실리콘 태양광 22,729 -47,199 -148,871 -213,590
탠덤 태양광 - -26,585 -151,242 -216,579
자료: 저자 작성.
❏
민감도 분석 결과, 실리콘 태양광의 경우 내구연한에 따라 가장 큰 민감도를 보였으며 탠덤의 경우 할인율 증가에 따라 가장 큰 민감도를 보임ㅇ 실리콘 태양광은 초기에 내구연한을 늘리고 탠덤 태양광은 국가 지원을 통해 할인율 을 축소하는 것이 효과적일 것으로 판단됨
2. 에너지 저장 시스템(ESS)
❏
ESS의 혁신기술로는 1MW, 4시간 기준 리튬이온 배터리(NMC)와 1MW, 10시간 기준 바나늄레독스흐름전지(VRFB)를 비교하였음❏
국내외를 막론하고 ESS 보급을 위해 제도를 도입하고 있으나 2019년부터 발생한 ESS 화재로 인해 보급 대수는 현재 정체되어 있음ㅇ 향후 공공주도로 보급이 추진될 예정이며 대용량 장주기, 장수명 ESS 실현을 목표로 재생에너지 단주기 출력 안정화용 고출력 ESS 기술 개발을 추진
❏
ESS의 투자비는 저장시스템(배터리 모듈, 배터리 관리시스템, 배터리 BOS), 전력변환 장치(PCS), 에너지 관리 시스템(EMS), 시스템통합비, 프로젝트비로 구성되어 있으며 운영비와 내구연한 등 변수를 적용하여 균등화 저장비용(LCOS)을 산정함ㅇ NMC ESS의 LCOS 수준은 2020년 기준 313원/kWh로 산정되었으며, 가격 하락 전망에 따라 2050년에는 178원/kWh까지 하락하는 것으로 산정되었고, VRFB는 2050년까지 176원까지 하락하는 것으로 전망됨
종 류 비 목 단위 2020년 2030년 2040년 2050년
리튬배터리 (1MW, 4시간)
투자비 천 원/kWh 451 322 257 192
운영비 천 원/kW/연 4.5 3.7 3 1.9
변동운영비 원/MWh 0.6 0.6 0.6 0.6
효율 % 86 88 89 90
LCOS 원/kWh 313 258 218 178
바냐듐레독스 플로우 (1MW, 10시간)
투자비 천 원/kWh 535 224 172 121
운영비 천 원/kW/연 13 10 8 5
변동운영비 원/MWh 0.6 0.6 0.6 0.6
효율 % 68 70 72 74
LCOS 원/kWh 310 258 220 176
<표 3> ESS 투자 비용 및 LCOS 변화
자료: 저자 작성.
❏
민감도 분석 결과, 재무적 할인율에 따라 차이를 보였으며 두 ESS 모두 LCOS가 각각 15%, 17% 증가하는 것으로 나타남ㅇ 충전요금 인센티브가 주어지고 여분의 재생에너지를 충전하는 용도일 때 LCOS는 100원 이하로 감소하여 두 ESS 모두 경제성이 급격히 상승하며, 이는 재생에너지 공급과 ESS 연계 활용이 중요해질 것임을 시사
3. 부유식 해상풍력
❏
부유식 해상풍력은 풍력발전기와 해상에 고정되어 있지 않은 부유체 하부 구조물을 접합함으로써 전력을 생산하는 방법ㅇ 부유식 해상풍력의 경우 먼 바다에 설치하기 때문에 대규모 단지 조성이 가능하고 1년 동안 발전할 수 있는 발전량, 즉 이용률이 육상과 고정식보다 월등히 높음
❏
기술성숙도는 국외의 경우 대부분 TRL 4~5단계 수준이며 국내에서는 주로 정부의 투자로 기술 개발이 이루어지고 있고 터빈 개발 기술은 대부분 실증단계임 ㅇ 대표적으로 국내 업체 중 두산과 유니슨이 8MW급 실증을 추진❏
국내외를 막론하고 부유식 기술의 필요성을 강조하고 있으며 정부는 2030년에 8MW급, 2045년에 20MW급 부유식 해상풍력 발전을 상용화할 예정이고 2050년에는 상용단지 수출을 계획❏
부유식 해상풍력은 자본비와 운영유지비, 시스템 안정화비, 기타비로 구성하여 균등화 발전단가(LCO)와 단위당 감축 비용을 산정함ㅇ 8MW급 기준으로 2025년 320MW, 2030년 1,600MW, 2035년 5,000MW, 2040년 10,000MW급 도입을 가정
ㅇ 균등화 발전 원가는 2025년 88원/kWh에서 2050년 41원/kWh까지 하락할 것으로 산정되었으며, 감축 비용 산정 결과 2050년 -179천 원/tCO2eq 수준으로 전망되었고 향후 지속적으로 편익이 발생할 것으로 판단됨
구분 2025년 2030년 2040년 2050년
감축량(g/kWh) 647 642 393 393
LCOE(원/kWh) 88 73 62 41
석탄, LNG SMP 가격(원/kWh) 99 99 112 112
감축 비용(원/tCO2eq) -16,362 -39,951 -128,184 -179,883
<표 4> 부유식 해상풍력 단위당 감축 비용 산정 결과
자료: 저자 작성.
❏
민감도 분석 결과, 내구연한이 증가했을 경우와 이용률을 높였을 경우 LCOE가 하락 하여 향후 발전기술의 내구성과 이용률을 높일 수 있는 기술 개발 및 지원이 필요함4. 수소에너지
❏
수소에너지와 관련된 기술은 생산과 발전으로 구분하였으며 수전해 수소생산 기술과 발전용 연료전지, 수소 가스터빈을 선정함ㅇ 수전해 기술: 상용기술은 알칼라인(PEM) 기술과 차세대 기술(SEM, SOEC)로 구분 ㅇ 발전용 연료전지: 고체 산화물 연료전지(SOFC)와 인산염 연료전지(PAFC)로 구분 ㅇ 수소 가스터빈: 기존의 발전설비 리트로핏, 신규 발전기 도입 가정
❏
2050 탄소중립 시나리오에서는 수소 수요량을 2050년 27.4백만 톤(A안), 27.9백만 톤(B안)으로 추정하였으며 수소 공급 방법으로는 국외 수입과 수전해 방식(A안), 추출 수소+CCS와 부생수소(B안)을 가정ㅇ 주로 무탄소 가스터빈과 연료전지 발전, 수소환원제철 등에서 사용됨
❏
기술별 이용률과 효율, 단가 정보를 적용하여 비용을 산정한 결과는 <표 5>, <표 6> 과 같음ㅇ 수전해 기술: 2030년까지 기술이 도입되는 것으로 가정
ㅇ 발전용 연료전지: 현재부터 2050년까지 지속적인 보급이 이루어지는 것으로 가정 ㅇ 수소 가스터빈: 2030년 50% 혼소하는 방식으로 도입되는 것과 2050년 100% 전소
발전기가 도입되는 것을 가정
<표 5> 수전해 수소 생산 비용 산정 결과
(단위: 원/kg)
기술 2020년 2030년 2050년
수전해 기술
AEL 9,375.19 7,623.95 4,860.27
PEM 10,464.22 8,155.29 4,860.27
SOEC 9,738.44 7,363.24 4,860.27
자료: 저자 작성.
<표 6> 발전용 연료전지 및 수소 가스터빈 비용 산정 결과
(단위: 원/kWh)
기술
2020년 2030년 2050년발전용 연료전지
PAFC 217.92 128.64 94.44
SOFC 521.50 288.52 219.93
수소 가스터빈 - 200.30 175.50
자료: 저자 작성.
❏
해당 기술들이 석탄화력발전과 LNG 복합화력 발전을 대체하는 것으로 가정하여 단위당 감축 비용을 산정한 결과는 <표 7>과 같음ㅇ 수소 부문 활성화를 위해서는 정부의 세제 혜택과 적극적인 R&D 지원을 통해 대기업의 시장참여를 높이고 최적 설계를 위한 기술 개발이 필요
<표 7> 시나리오별 온실가스 단위당 감축 비용 산정 결과
(단위: 원/톤 CO2eq)
연도 시나리오 기술 비용
2030년 NDC
발전용 연료전지
PAFC 53,605.90 SOFC 235,436.47 수소 가스터빈 614,862.78
2050년
A
발전용 연료전지
PAFC 14,716.79 SOFC 157,428.85 수소 가스터빈 186,036.15
B
발전용 연료전지
PAFC 14,716.79 SOFC 157,428.85 수소 가스터빈 186,036.15 자료: 저자 작성.
5. 이산화탄소 포집 및 활용·저장(CCUS)
❏
CCUS 기술은 포집(capture), 수송(transport), 저장(storage), 활용(use) 으로 구분 ㅇ 포집: 연소 후 포집, 연소 후 원천분리, 이산화탄소 액화ㅇ 수송: 파이프라인 수송, 선박 수송
ㅇ 저장: 염류 대수층 저장. 폐기된 원유/가스 저장소를 통한 저장
ㅇ 활용: 전환(화학적 전환, 생물학적 전환, 광물학적 전환), 사용(석유 회수증진)
❏
주요국의 기술 수준을 비교해보면 한국은 기술 최상위 국가와 비교해 약 80%의 기술 수준을 보이고 있으며, 약 5년의 기술 격차를 보임ㅇ 포집 및 운송: 국내 기술은 선진국 대비 70~90% 수준이며, 실증 플랜트 운영 중심으로 연구
ㅇ 저장: 현재 국내에서는 중규모 해상 실증 구가 이루어지고 있으며, 전 세계적으로는 약 65개 사업자가 상업적 규모의 탄소 저장을 진행
ㅇ 활용: 국내에서는 실증연구 단계에 머물러 있으나, 국외의 경우 EOR 기술은 이미 상용화되어 활발하게 이루어지고 있으며, 일부 제품들의 경우 상업화 단계에 진입
❏
국내의 경우 2050 탄소중립 시나리오 A안, B안 모두에서 CCS 및 CCU 목표를 제시 하고 있으며 탄소중립 기술혁신 추진전략과 CCU 기술혁신 로드맵을 통해 목표 단가와 상용화 목표를 제시하고 있음❏
국내외 주요 문헌 정보를 토대로 CAPEX와 OPEX, CCUS 보급 시나리오를 구축하여 비용을 산정하였으며 결과는 <표 8>과 같음ㅇ 선행 연구사례와 비교해보면 탄소 포집과 저장의 경우 소폭 높은 수준으로 산정되었 지만 합리적인 수준으로 판단되며, 수송의 경우 전반적으로 유사하지만 국내 기술력 확보에 따라 선박 건조 비용과 운영 비용에 따라 차이가 발생하였음
구분 세부 구분 2030년 2040년 2050년
탄소 포집
저농도 116.5 84.2 78.8
중농도 103.5 78.4 73.4
고농도 96.7 72.6 68.8
탄소 수송
육상 운송(1km 기준) 0.118 0.105 0.101
파이프라인 (100km 기준)
폐유전 14.2 12.4 12.0
염류 대수층 12.7 11.0 10.6
선박 운송(1,000km 기준) 35.3 26.0 24.8
탄소 저장 염류 대수층 저장 28.2 22.9 21.1
폐유전 저장 20.8 17.0 15.8
탄소 활용
화학적 전환 973 834 790
광물 탄산화 234 218 213
생물학적 전환 1140 1026 970
<표 8> CCUS 비용 산정 결과
(단위: 달러/tCO2)
자료: 저자 작성.
❏
민감도 분석 결과, 포집 및 수송의 경우 할인율에 따라 비용 단가가 상승하였으며 OPEX 비용의 비중이 큰 저장의 경우 소폭 하락하는 결과 도출❏
이상의 DB 추정 결과를 토대로, 앞서 가정한 국내 CCUS 보급조건에 따라 계산한 포집 단가는 <표 9>와 같음ㅇ 포집: 고농도 및 중농도 산업 설비에 대한 포집이 활발해질수록 포집 비용 하락이 급격히 이루어짐을 확인하였으며 차기 포집 기술 개발 및 이에 대한 적극적인 지원 필요
ㅇ 수송: 선박 운송에 따른 비용부담이 상당히 높은 것으로 판단
ㅇ 저장: 국내의 경우 국외 탄소 수송 및 저장은 반드시 염두에 두어야 하는 주요한 감축 옵션임. 그러나 외교적, 정치적으로 검토 필요
구분 세부 구분 2030년 2040년 2050년
탄소 포집 101.5 76.7 72.7
탄소 수송 파이프라인(100km 기준) 13.2 11.9 11.1
선박(8,000km 기준) 147.3 109.1 104.1
탄소 저장 국내 20.8 21.3 19.8
국외 20.8 17.0 15.8
탄소 활용 761.9 634.7 597.9
<표 9> 국내 CCUS 보급 전제 시나리오를 반영한 탄소 톤당 비용
(단위: 달러/tCO2)
주: 위 계산 값은 전제조건에서 가정한 보급 전제 시나리오에 따른 값이며, CCUS 시나리오 변화에 따라 가변적임.
자료: 저자 작성.
Ⅳ. 혁신기술 비용 DB 구축방안
1. 환경 데이터 허브와의 연계
❏
정책 기조와 민간·공공기관, 연구기관 등의 변화에 대응하고자 KEI는 ‘환경 데이터 허브’ 구축을 위한 전략과 실행방안을 마련하고 있으며, 이를 통해 환경정책 연구 및 수립 시 과학적 정보에 대한 접근성 제고와 수용성을 확보하고자 함ㅇ 혁신기술 비용 DB 구축 원자료와 분석을 통해 도출한 결과 데이터는 다양한 분야의 기초데이터와 연계 가능할 것이며, 해당 분야의 응용연구와 나아가 융복합 연구 수행을 위한 자료로 활용이 가능할 것임
❏
한국에너지공단의 온실가스 종합정보 플랫폼(EG-TIP)과 독일 Agora Energiewende의 데이터 제공 서비스는 주요 데이터 제공 시스템이며, 해당 시스템을 통해 일반 사용자의 이해를 돕고 접근성을 향상시킴❏
환경 데이터 및 서비스 제공 통로 역할을 하는 KEI 환경 데이터 허브는 인프라 구축 단계로, 본 과제에서 구축한 혁신기술 비용DB를 시범적으로 선정하여 데이터와 서비 스를 효과적으로 제공하고자 함2. 혁신기술 비용DB 정보 제공방안 마련
❏
DB 구축을 위한 일반적인 절차는 ① DB 구축 범위 설정 및 문헌 수집 → ② 정보 추출 및 선별 → ③ DB 구축의 3단계로 구성❏
연구데이터는 데이터 관리 계획 양식(DMP)을 참고로 하며 연구 성격에 맞게 적용할 데이터 범위를 설정하고 데이터 생산 형태에 따라 코드를 분류❏
혁신기술 DB 제공을 위해 DB 정보 검색, DB 제공, 혁신기술 비용추정정보 도구 제공 서비스 형태를 검토ㅇ 타 기관 협조자료, 저작권이 있는 자료 등 공개가 어려운 보안 자료는 연구 데이터 리포지터리 시스템(IDR: Institutional Data Repository)을 통해 내부적으로 공개 하거나 별도의 신청 및 승인 절차를 거쳐 외부에 공유하는 방법 등을 논의 예정
❏
구축한 DB를 활용하여 비용 추정한 결과를 사용자가 선택한 형태로 제공Ⅴ. 결 론
❏
결 론ㅇ 장기적 관점의 탄소중립 이행을 위해 필수적인 온실가스 감축 핵심 혁신기술을 선별 하고 비용DB를 마련하여 기술 비용을 산정하였으며 국내 기술 도입을 위해 검토함 ㅇ 차세대 태양광, ESS, 부유식 해상풍력, 수소에너지, CCUS 기술을 도입하기 위해서는
정부의 적극적인 지원이 필요하며 금융 지원을 통해 할인율을 높이거나 내구성을 높일 수 있는 기술 개발이 필요함
ㅇ 구축한 DB의 활용성을 높이기 위해서는 데이터의 형태 및 성격에 따라 적절한 도구가 필요하며 KEI의 환경 데이터 허브와의 연계를 통해 공개 필요
주제어: 탄소중립, 혁신기술, 기후변화, 온실가스, 기술비용
요 약 ···ⅰ
제1장 서 론 ···1
1. 연구의 목적 및 배경 ···1
2. 연구의 범위와 방법론 ···2
제2장 국내외 온실가스 배출 감축 현황 및 검토 ···5
1. 국내외 온실가스 배출 현황 ···5
2. 주요 국가의 탄소중립 전략과 혁신기술 ···22
제3장 혁신기술 현황과 비용 산정 ···38
1. 차세대 태양광 ···39
2. 에너지저장시스템(ESS) ···53
3. 부유식 풍력발전 ···63
4. 수소에너지 ···85
5. 이산화탄소 포집 및 활용·저장(CCUS) ···123
제4장 혁신기술 비용DB 구축방안 ···166
1. 환경 데이터 허브와의 연계 ···166
2. 혁신기술 비용DB 정보 제공방안 마련 ···172
제5장 결 론 ···182
Executive Summary ···203
<표 2-1> 국가별 온실가스 총배출량 순위 ···7
<표 2-2> 부문별 온실가스 배출량 ···8
<표 2-3> 주요 분야별 온실가스 배출량 ···12
<표 2-4> 2050 탄소중립 시나리오 부문별 배출량 ···19
<표 2-5> 개발 수준별 기술 구분 ···24
<표 2-6> 미국의 주요 10대 기후혁신기술 ···25
<표 2-7> 일본 혁신적 기술 목록 ···25
<표 2-8> 과기부 10대 핵심기술 ···26
<표 2-9> 탄소중립 핵심기술 13대 분야 ···26
<표 2-10> 녹색 기술센터 기술 구분 ···27
<표 2-11> 탄소중립 중점기술 ···28
<표 2-12> 10대 미래 유망기술 ···28
<표 2-13> 주요 감축 수단 ···29
<표 2-14> 100대 핵심기술 리스트 요약 ···30
<표 3-1> 태양광 기술 모듈 기준 효율(%) 전망 및 국가 R&D 목표 ···42
<표 3-2> 실리콘 태양광 100kW 기준 ···43
<표 3-3> 실리콘 태양전지 및 탠덤 전지 학습률 가정 ···45
<표 3-4> 글로벌 및 국내 태양광 설치 증가 전망 ···45
<표 3-5> 감축 비용 산정을 위한 석탄, LNG 발전 배출량 및 비용 ···47
<표 3-6> 실리콘 태양광 2020~2050년 비용 및 LCOE 변화 ···48
<표 3-7> 실리콘 태양광 2020~2050년 효율 및 단위용량당 면적 변화 ···48
<표 3-8> 탠덤 태양광 2020~2050년 비용 및 LCOE 변화 ···48
<표 3-9> 탠덤 태양광 2020~2050년 효율 및 단위용량당 면적 변화 ···49
<표 3-10> 태양광 단위감축 비용 산정 ···49
<표 3-13> 시간별 ESS 활용에 기능 분류 ···53
<표 3-14> 2020년 기준 리튬이온배터리 및 바나듐레독스플로배터리의 투자 비용 ···58
<표 3-15> 투자비 하락률 ···58
<표 3-16> 리튬배터리 ESS 투자 비용(NMC, 1MW, 4시간) 및 LCOS 변화 ···60
<표 3-17> 바냐듐레독스플로 ESS 투자 비용(1MW, 10시간) 및 LCOS 변화 ···60
<표 3-18> 민감도 분석 결과(2050년 LCOS 기준) ···60
<표 3-19> 본 연구와 타 연구 간 ESS 투자 비용 2030년 전망 값 비교(2020년 기준) ····62
<표 3-20> 육상, 해상풍력 비교 ···66
<표 3-21> LCOE의 비용 구성 ···72
<표 3-22> 부유식 해상풍력 단가 정보 ···74
<표 3-23> 비목별 비용 구성 ···75
<표 3-24> 학습률 가정 ···77
<표 3-25> 비용 산정 결과 ···78
<표 3-26> 감축 비용 산정을 위한 석탄, LNG 발전 배출량 및 비용 ···79
<표 3-27> 단위당 감축 비용 산정 결과 ···80
<표 3-28> 수소에너지 기술 ···85
<표 3-29> 수전해 기술 비교 ···87
<표 3-30> 전해질 종류에 따른 발전용 연료전지의 분류 및 특성 ···90
<표 3-31> 2030년 수소 수요 전망 ···97
<표 3-32> 2030년 수소 공급방식 ···97
<표 3-33> 2050년 수소 부문 수요량 전망 ···98
<표 3-34> 2050년 수소 부문 공급량 전망 ···98
<표 3-35> 국가 수소 관련 정책 ···100
<표 3-36> 부처별 수소 관련 정책 ···101
<표 3-37> 수전해 시스템 투자비 단가 ···105
<표 3-40> 발전용 연료전지 투자비 ···108
<표 3-41> 발전용 연료전지 학습률 ···108
<표 3-42> 발전용 연료전지 발전효율 ···109
<표 3-43> 발전용 연료전지 이용률 ···109
<표 3-44> 제작사 정보 기반 가스터빈 수소 혼소를 위한 리트로핏 필요사항 및 비용 추정치 ··111
<표 3-45> 수소 가스터빈 설비 투자비 단가 ···112
<표 3-46> 수전해 수소 생산 균등화 수소 원가 ···114
<표 3-47> 발전용 연료전지 균등화 발전 원가 ···115
<표 3-48> 수소 가스터빈 균등화 발전 원가 ···115
<표 3-49> 시나리오별 발전믹스 ···116
<표 3-50> 시나리오별 석탄, LNG, 연료전지, 무탄소 가스터빈 발전량 ···117
<표 3-51> 발전기술 및 시나리오별 감오 잠재량 ···118
<표 3-52> 발전용 연료전지 시나리오별 감축 비용 ···119
<표 3-53> 발전용 연료전지 시나리오별 온실가스 단위당 감축 비용 ···119
<표 3-54> 수소 가스터빈 시나리오별 감축 비용 ···120
<표 3-55> 수소 가스터빈 시나리오별 온실가스 단위당 감축 비용 ···120
<표 3-56> 2030년 상용화 목표 기술 ···133
<표 3-57> 국외 및 국내의 기술 수준 비교 ···136
<표 3-58> 주요국의 관련 정책 현황 ···142
<표 3-59> 주요국 NDC 내 CCUS 목표 ···143
<표 3-60> 탄소 활용 기술혁신 로드맵 ···146
<표 3-61> 탄소 포집 부문 학습률 가정 ···148
<표 3-62> 탄소 수송 부문 학습률 가정 ···149
<표 3-63> 탄소 저장 부문 학습률 가정 ···150
<표 3-64> 보급 전제 ···151
<표 3-67> 탄소 저장 비용 전제 ···155
<표 3-68> 탄소 활용 비용 전제 ···156
<표 3-69> CCUS 비용 전망 ···157
<표 3-70> 주요 선행연구의 탄소포집 비용 단가 ···158
<표 3-71> 주요 선행연구의 탄소 수송 비용 단가 ···159
<표 3-72> 주요 선행연구의 탄소 저장 비용 단가 ···160
<표 3-73> 국내 CCUS 보급 전제 시나리오를 반영한 탄소 톤당 비용 ···162
<표 4-1> 환경 데이터 허브 구축 로드맵의 연관 핵심 전략 및 주요 내용 ···171
<표 4-2> 혁신기술 DB 정보제공 속성(필드) ···176
<표 4-3> 전환(부문) 수소(에너지원)의 변수별 비용추정의 결과 예시 ···180
<그림 1-1> 연구의 범위 ···4
<그림 1-2> 연구 수행 체계 ···4
<그림 2-1> 온실가스 총배출량 ···6
<그림 2-2> 국가별 온실가스 총배출량 ···6
<그림 2-3> 온실가스 총배출량(1990~2021년) ···10
<그림 2-4> 탄소 중립선언 국가 현황 ···14
<그림 2-5> 국가 온실가스 감축목표(NDC) ···20
<그림 2-6> 부문별 온실가스 감축목표(NDC) ···21
<그림 2-7> 기술 간의 관계 ···22
<그림 2-8> 온실가스 배출량 대비 총 투자액(2013~2021년) ···23
<그림 3-1> 온실가스 감축 기술 비용 분석 체계 ···38
<그림 3-2> 태양전지 기술 분류 ···40
<그림 3-3> 민감도 분석 결과 ···50
<그림 3-4> ESS 시스템의 기술적 분류 ···54
<그림 3-5> 민감도 분석 결과 ···61
<그림 3-6> 부유식 해상풍력의 구조 ···63
<그림 3-7> 터빈 기술의 변화(노란색: 부유식) ···64
<그림 3-8> 부유체의 종류 ···65
<그림 3-9> 부유체별 기술성숙도(TRL) ···69
<그림 3-10> 국가별 도입 전망 ···73
<그림 3-11> 터빈 보급용량에 따른 학습곡선 ···76
<그림 3-12> LCOE 비교 ···81
<그림 3-13> 민감도 분석 결과 ···82
<그림 3-14> 부피 기준 수소 혼소율에 따른 이산화탄소 감축 비율 변화 ···92
<그림 3-17> 독일 2050년 부문별 수소 수요량 및 수소 공급 방식별 생산량 전망 ···96
<그림 3-18> 수소 부문 온실가스 배출량 전망 ···99
<그림 3-19> 수소 기술 개발 로드맵 2.0 수소생산 핵심 마일스톤(2022.5.19. 공청회) ··· 103
<그림 3-20> 수소 기술 개발 로드맵 2.0 수소 활용(발전, 산업) 핵심 마일스톤 ···109
<그림 3-21> 민감도 분석 결과(수소 터빈) ···121
<그림 3-22> 민감도 분석 결과(연료전지) ···121
<그림 3-23> CCUS 구조도 ···124
<그림 3-24> 습식 포집 기술 구분 ···125
<그림 3-25> 국내 이산화탄소 포집 구분 및 성과 ···126
<그림 3-26> 운송비용 비교 ···127
<그림 3-27> 주요국의 파이프라인 수송 상황 ···128
<그림 3-28> 이산화탄소 수송의 기술 수준 ···129
<그림 3-29> 주요 이산화탄소 저장 설비 현황 ···130
<그림 3-30> 이산화탄소 생물 전환 구조도 ···132
<그림 3-31> 이산화탄소 광물 탄산화 구조도 ···133
<그림 3-32> CCUS 주요 기술의 기술 성숙도 ···135
<그림 3-33> 주요국과의 기술 수준 비교 ···136
<그림 3-34> 이산화탄소 포집 기술 성숙도 ···137
<그림 3-35> 주요 포집 기술 현황 ···138
<그림 3-36> 이산화탄소 수송 기술 성숙도 ···138
<그림 3-37> 이산화탄소 저장 기술 성숙도 ···139
<그림 3-38> 탄소 저장 설비 현황 ···139
<그림 3-39> 국내 이산화탄소 저장소 유망구조 분포도 ···147
<그림 3-40> 민감도 분석 결과 ···161
<그림 3-41> 포집 기술 차이에 따른 포집 비용 비교 ···163
<그림 4-3> 독일 Agora Energiewende 데이터 제공 서비스 ···170
<그림 4-4> KEI DMP 템플릿: 데이터 종류 ···174
<그림 4-5> KEI DMP 추진 프로세스 ···174
<그림 4-6> 사업계획서 내 DMP 제출내용(상단); KEDA 내 DMP 제출 적용 내용(하단) 175
<그림 4-7> 기술정보 DB 검색서비스 구축 모의 사례 ···177
<그림 4-8> 혁신기술 비용DB 기술정보 연구 데이터 제공 현황 ···178
<그림 4-9> 마이크로데이터 제공 사례(한국보건사회연구원) ···179
<그림 4-10> 혁신기술 DB 비용분석 정보 제공 서비스 사례 ···181
제1장
서 론
1. 연구의 목적 및 배경
파리기후변화협정(2015), IPCC 1.5℃ 보고서(2018), UN 기후정상회의(2019)를 거쳐 세계 각국은 지구온난화로 인한 온도 상승을 산업화 이전 대비 1.5℃로 제한하기 위해, 2050년 탄소중립(Net Zero)을 목표로 설정하였다. EU 회원국을 비롯한 70여 개 국가가 탄소중립을 선언하였으며 독일, 영국 등 14개국은 구체적 감축 계획서를 제출한 상태이다.
미국과 일본 또한 2050년 탄소중립을 선언하였고, 중국은 지난해 2060년 탄소중립을 선언 하였다.
우리 정부는 2020년 10월 대통령이 국회 연설을 통해 2050년 탄소중립을 선언하였으며, 지난해 12월 UN에 제출한 2050 장기저탄소발전전략(LEDS: Long-term low greenhouse gas Emission Development Strategies)에서 탄소중립을 2050 대한민국 비전으로 제시 하였다. 정부는 2050 탄소중립 추진전략1)의 방향과 계획을 제시하였으며, 2021년 2050 탄소중립 시나리오 및 핵심 정책 추진전략을 수립하고 이를 2022~2023년 국가계획(에너 지기본계획, 전력수급기본계획, 기후변화대응 기본계획 등)에 반영하고자 하였다. 2050년 까지 장기적 관점에서 탄소중립을 달성하기 위해서는 기술적인 실현 가능성과 비용효율성, 감축 효과성을 모두 고려해야 하나, 탄소중립을 위한 온실가스 감축 기술에 대한 비용 등 정보의 부재와 불확실성으로 인해 시나리오 및 전략 도출에 어려움이 존재한다. 그러나 온실 가스 감축을 위한 혁신기술은 장기적 관점에서 탄소중립 이행을 위해 필수적이며, 장기간의
1) 관계부처 합동(2020a). p.1.
기술개발연구가 선행되어야 한다. 이에, 정부는 ‘탄소중립 기술혁신 추진전략’2)을 수립하고 탄소중립 10대 핵심기술에 대한 2050년까지의 목표와 확보전략을 제시하였다. 그러나 다 양한 온실가스 감축 수단 중 효율적이고 효과적인 혁신기술을 확보하고 보급하는 것이 중요 한 것이 사실이나 비용효율성을 고려한 효과성 검토는 이루어지지 않았다. 또한 현재 국내 온실가스 감축 기술 DB는 과거 2030 온실가스 감축목표 달성을 위한 기술을 중심으로 구축되어 탄소중립 핵심기술과 혁신기술은 물론, 비용도 포함되어 있지 않아 탄소중립 정책 분석과 마련에 한계가 있다.
따라서 본 연구에서는 탄소중립 시나리오 이행을 위한 핵심 혁신기술을 선별하고 기술 비용DB 구축 체계를 마련하고자 한다. 또한 기술별 한계감축비용을 산정하여 기술 도입 우선순위 및 비중 분석의 기초자료를 제공하고자 한다.
탄소 다배출 업종이 많고 대외 의존도가 높은 우리 경제가 지속 가능한 성장을 이루기 위해서는 기술혁신을 통한 탈탄소 경제로 전환하는 것이 필수적이나, 효율적이고 효과적인 기술 도입을 위한 비용 정보와 탄소중립 이행 경로에 따른 전략이 부재한 실정이다. 미국, EU 등은 탈탄소 기술 선점을 위한 투자를 대폭 확대 중이며 자국 내 기술경쟁력 확보를 위해 탄소중립 기술을 선별하고 선제적으로 개발하기 위해 노력하고 있다. 2050 탄소중립을 이루려면 장기전략의 불확실성을 해소하고 탄소중립 이행 비용을 저감하기 위해, 탄소중립 전략을 수립하고 조정하는 시작 단계에서 한계저감비용 분석을 통해 효율적이고 효과적인 기술을 도입하는 전략이 필요하다. 또한 정책 및 비용 효율적 핵심기술 도출을 통해 2050 탄소중립을 실현하기 위한 기술혁신 청사진 제시가 현시점에서 중요하다.
2. 연구의 범위와 방법론
본 연구에서는 크게 탄소중립 시나리오 이행을 위한 핵심 혁신기술을 선별하여 기술 비용 DB 구축 체계를 마련하는 것과 실제 비용 계산을 통해 효과적인 기술 도입 전략을 제시하는 것의 두 가지 과제를 수행하였다.
2) 관계부처 합동(2021a), p.8.
먼저, 2021년에 확정된 ‘2050 탄소중립 시나리오’를 검토하고 주요 감축 수단 중 핵심기 술을 파악하여 혁신기술을 선별하였다. 국내외 문헌조사를 통해 추가적인 혁신기술의 발굴 가능성을 검토하였고 탄소중립 정책 분석에 활용 가능한 혁신기술을 중심으로 하는 탄소중립 기술DB 구축방안을 검토하였다. 이러한 내용을 토대로 비용 및 기술적 특성을 포괄하는 탄소중립 기술DB를 구축하고 지속적이고 체계적인 운영방안을 마련하고자 하였으며, 선별한 혁신기술의 한계감축 비용 산정을 통해 효율적이고 효과적인 기술 도입 전략 방향을 검토하 였다. 수집한 기술DB를 활용하여 2050 탄소중립 시나리오 달성을 위한 혁신기술들의 비용 (한계감축 비용 등)을 산정하였고, 기술별 전문가 자문을 통해 각 기술의 상용화 촉진을 위한 인센티브 및 정책 수단 도입방안 등을 논의하였다.
혁신기술을 선별하기 위해 주요 국가(독일, 영국, EU 등)의 탄소중립 시나리오에 따른 온실가스 감축 기술 분석 사례와 2030 국가 온실가스감축목표(NDC), 2050 탄소중립 시나 리오를 검토하였으며, 시나리오의 부문별 감축 수단 및 핵심기술과 탄소중립 기술혁신 추진 전략 10대 핵심기술, 국내외 기술로드맵 등을 검토하였다. 이후 선별한 기술을 기반으로 전문가 의견을 수렴하여 현황과 전망, 비용에 대한 정보를 수집하였다. 구축한 기술 비용 DB를 기반으로 2050 탄소중립 달성을 위한 혁신기술의 한계감축비용(MAC) 등을 산정하고 주요 기술에 대한 비교를 통해 기술혁신 요인과 한계, 외생적·내생적 기술변화 요인, 기술 선도와 수요견인 요인을 검토한 후 혁신기술 수용을 위한 정책 방향(인센티브 도입 등)을 제언하고자 하였으며 더 나아가 기술 수명, 에너지 효율, 설비 투자비, 고정운전유지비, 변 동비(연료비) 등을 포괄하는 비용DB를 구축하여 분야별 주요 혁신기술의 비용DB 구축 체 계를 마련하였다. 다만 본 연구에서는 데이터 수집에 한계가 있어 비용DB 구축 시 직접 비용(연구개발, 노동비, 제도개선을 위한 비용 등)은 제외하였다.
자료: 저자 작성.
<그림 1-1> 연구의 범위
자료: 저자 작성.
<그림 1-2> 연구 수행 체계
제2장
국내외 온실가스 배출 감축 현황 및 검토
1. 국내외 온실가스 배출 현황
가. 주요국 온실가스 배출 현황
전 세계의 온실가스 배출량은 1990년 20.5Gt이산화탄소에서 2020년 31.5Gt이산화탄 소로 30년간 약 11Gt이산화탄소 증가하였다. 2020년에는 2018년 33.5Gt이산화탄소, 2019년 33.4Gt이산화탄소와 비교하여 큰 폭으로 감소하였는데 이는 코로나19 팬데믹에 따른 경제 위기가 에너지 소비, 공급, 생산 등에 전 세계적으로 영향을 미쳤다는 것을 의미 한다. 국가 간, 지역 간의 이동을 제한하면서 운송 부문의 배출량이 2019년에 비해 14%
감소하였고 특히 항공 분야의 배출량이 1999년 수준으로 약 45% 감소하였다. 2021년에는 온실가스 배출량이 2020년보다 6% 증가한 36.3Gt이산화탄소로 추정되었으며, 전력 부문의 수요 감소와 더불어 태양광 및 풍력과 같은 저탄소 연료 관련 기술이 전 세계 에너지 믹스에서 연간 점유율 사상 최고점에 도달했지만,3) 석탄 연소의 증가가 에너지 시장에 영향을 미쳐 총배출량은 팬데믹 이전보다 증가하게 되었다.
3) IEA(2020c), pp.11.
자료: IEA(2021a), p.3.
<그림 2-1> 온실가스 총배출량
자료: 온실가스종합정보센터(2022a), p.5; SEEG, “Total Emissions”, 검색일: 2022.8.17; UNFCCC, “GHG Data Interface”, 검색일: 2022.8.16을 참고하여 저자 작성.
<그림 2-2> 국가별 온실가스 총배출량
<표 2-1> 국가별 온실가스 총배출량 순위
(단위: MtCO₂) 국가 1990년 1995년 2000년 2005년 2010년 2015년 2020년 순위* 1990~2020년
증감률 미 국 6,453 6,785 7,327 7,434 7,007 6,689 5,981 1 -7%
러시아 3,162 2,067 1,892 1,966 2,011 2,023 2,051 2 -35%
브라질 552 638 725 830 921 1,041 1,162 3 111%
일 본 1,269 1,374 1,374 1,378 1,301 1,319 1,148 4 -10%
독 일 1,241 1,115 1,036 986 935 897 728 5 -41%
캐나다 594 645 726 741 709 732 672 6 13%
한 국 292 433 502 560 656 692 656 7 125%
호 주 425 439 489 524 536 534 527 8 24%
영 국 797 748 714 691 609 509 405 9 -49%
프랑스 547 540 553 556 512 464 399 10 -27%
이탈리아 519 533 557 590 517 441 381 11 -27%
네덜란드 219 229 217 212 211 192 163 12 -26%
뉴질랜드 65 69 75 82 78 80 78 13 20%
노르웨이 51 51 54 54 54 54 49 14 -4%
덴마크 71 79 72 67 65 50 43 15 -39%
주: *2020년 총배출량 기준.
자료: 온실가스종합정보센터(2022a), p.5; SEEG, “Total Emissions”, 검색일: 2022.8.17; UNFCCC, “GHG Data Interface”, 검색일: 2022.8.16을 참고하여 저자 작성.
<표 2-2> 부문별 온실가스 배출량 부문
이산화탄소emissions(MtCO2) CAAGR(%) 2019년 2020년 2030년 2040년 2050년 2020~
2030년
2020~
2050년 Total 이산화탄소 35,926 33,903 21,147 6,316 0 -4.6 n.a.
Combustion
activities (+) 33,499 31,582 19,254 6,030 940 -4.8 -11 Coal 14,660 14,110 5,915 1,300 195 -8.3 -13 Oil 11,505 10,264 7,427 3,329 928 -3.2 -7.7 Natural gas 7,259 7,138 5,960 1,929 566 -1.8 -8.1 Bioenergy and
waste 75 71 - 48 - 528 - 748 n.a. n.a.
Industry removals
(-) 1 1 214 914 1 186 75 28 Biofuels
production 1 1 142 385 553 68 24 Direct air capture - - 72 528 633 n.a. n.a.
Electricity and
heat sectors 13,821 13,504 5,817 - 81 - 369 -8.1 n.a.
Coal 10,035 9,786 2,950 102 70 -11 -15 Oil 655 629 173 6 6 -12 -14 Natural gas 3,131 3,089 2,781 268 128 -1.0 -10 Bioenergy and
waste - - - 87 - 457 - 572 n.a. n.a.
Other energy
sector* 1,457 1,472 679 - 85 - 368 -7.4 n.a.
Final consumption 20,647 18,928 14,723 7,011 1,370 -2.5 -8.4 Coal 4,486 4,171 2,935 1,186 117 -3.5 -11 Oil 10,272 9,077 6,973 3,242 880 -2.6 -7.5 Natural gas 3,451 3,332 2,668 1,453 303 -2.2 -7.7
<표 2-2>의 계속 부문
이산화탄소emissions(MtCO2) CAAGR(%) 2019년 2020년 2030년 2040년 2050년 2020~
2030년
2020~
2050년 Bioenergy and
waste 75 71 40 - 70 - 176 -5.6 n.a.
Industry 8,903 8,478 6,892 3,485 519 -2.0 -8.9 Iron and steel 2,507 2,349 1,779 859 220 -2.7 -7.6 Chemicals 1,344 1,296 1,199 654 66 -0.8 -9.5 Cement 2,461 2,334 1,899 906 133 -2.0 -9.1 Transport 8,290 7,153 5,719 2,686 689 -2.2 -7.5 Road 6,116 5,483 4,077 1,793 340 -2.9 -8.9 Passenger cars 3,121 2,747 1,626 547 85 -5.1 -11 Trucks 1,835 1,721 1,614 891 198 -0.6 -6.9 Aviation 1,019 621 783 469 210 2.4 -3.5 Shipping 883 800 705 348 122 -1.3 -6.1 Buildings 3,007 2,860 1,809 685 122 -4.5 -10 Residential 2,030 1,968 1,377 542 108 -3.5 -9.2 Services 977 892 432 144 14 -7.0 -13
Total
CO₂removals 1 1 317 1,457 1,936 79 29 Total
CO₂captured 40 40 1,665 5,619 7,602 45 19 자료: IEA(2021b), p.199.
나. 국내 온실가스 배출 현황
우리나라의 2021년 온실가스 잠정배출량은 679.6백만 톤CO2eq이며 1990년도 총배출 량과 비교했을 때 약 132.7% 증가하였다. 이는 2020년보다 약 3% 증가한 것으로 온실가스 종합정보센터4)에서는 코로나19 팬데믹 이후 산업계의 생산활동이 회복되고 제한되었던 이동 수요가 증가한 것을 그 원인으로 분석하였다.
주: 2020~2021년 값은 온실가스 종합정보센터에서 2022년 10월에 공개한 잠정배출량 값임.
자료: 저자 작성.
<그림 2-3> 온실가스 총배출량(1990~2021년)
1990년대는 경제 성장에 따라 온실가스 배출량이 크게 증가하였으나 1998년에는 외환 위기의 영향으로 14.0% 감소하였다. 2000년대에는 경기가 회복되면서 온실가스 배출량이 꾸준히 증가하였다. 2009년에는 경기 침체의 영향으로 온실가스 배출량이 0.7% 증가하였 으며 2014년에는 전년 대비 0.7% 감소하였다. 이후 에너지 분야의 배출량 증가 영향으로 증가 추세를 보였으나, 2019년에 발전·열 생산 부문과 오존층파괴물질 대체물질 사용 부 문, 가정 부문의 배출량 감소로 총배출량은 전년 대비 3.5% 감소세로 전환되었다. 이후 2020년에는 생산량 감소에 따른 산업 부문 배출량 감소와 코로나19 팬데믹으로 인한 이동
4) 온실가스 종합정보센터(2022.6.28), “2021년 국가 온실가스 배출량 6억 7,960만 톤 예상”, 검색일: 2022.10.4.
제한 영향 및 저공해차 보급 확대의 영향으로 수송 분야, 에너지 분야의 배출량이 감소하여 전년 대비 7.3% 감소하면서 1990년 집계 이후 2년 연속 감소한 것으로 관측되었다. 2021 년에는 전년 대비 3.5% 증가하여 전 세계 평균(5.7%)과 주요국(미국 6.2%, 유럽연합 7.0%, 중국 4.8% 등) 증가율보다 낮은 수준5)을 보이고 있다. 온실가스 배출량이 증가한 이유는 생산량 및 연료 소비 증가, 산업활동 회복에 따른 전력 수요 증가, 이동 수요 증가 등의 영향으로 에너지, 제조, 발전, 수송 분야에서 배출량이 증가했기 때문이다. 또한 경기 회복의 영향으로 국내총생산(GDP)당 배출량은 356톤/10억 원으로 2020년 358톤/10억 원 대비 개선되었다.6)
에너지 분야의 온실가스 총배출량은 2021년 기준 5억 9,060만 톤으로 국가 총배출량의 86.9%를 차지한다. 에너지 부문의 배출량은 1990년부터 증가하였고 2018년에 정점을 찍은 이후 에너지 소비 감소로 인하여 줄어들었다가 2021년에는 2020년 대비 1.8% 증가하였 다. 이는 생산량과 연료 소비량 증가의 영향을 받은 결과이며 석탄 발전의 증가, 원전 감소, LNG 증가, 신재생에너지 발전 증가의 영향을 받았기 때문이다. 철강의 경우 자동차와 선박 산업의 회복과 철강 생산량의 증가로 2020년 대비 배출량이 4.8% 증가하였고 석유화학에 서는 12.4%, 수송에서는 1.7%, 상업 공공에서는 3.4%, 가정에서는 0.6% 증가하였다. 이는 경기 회복에 따른 유류 소비 증가, 가스 소비 증가, 생산활동 증가 등의 영향을 받은 것으로 추정된다. 산업 공정 분야의 온실가스 총배출량은 총 52.0백만 톤CO2eq으로 국가 총배출 량의 7.4%이다. 2004년에 배출량의 최고치를 달성한 후 2009년까지 감소하는 추세를 보 이다가 2010년부터는 유사한 수준을 유지하고 있다. 해당 부문은 냉장·냉방 등을 위한 HFCs 사용량과 반도체·디스플레이 업종의 제품 생산량 등의 영향을 받는다. 2021년에는 공공주택 공급 확대 등의 영향으로 시멘트 생산이 증가하였으며 냉매 수입 증가와 반도체 생산 증가의 영향을 받아 배출량이 증가하였다. 2020년 대비 광물에서는 3.5%, 냉매에서는 20.3%, 반도체 및 액정에서는 1.1% 증가하였다.
농업 부문의 온실가스 총배출량은 약 21.0백만 톤CO2eq로 국가 총배출량의 약 3.1%를 차지하고 있다. 축산 부문에서는 육류 소비 증가로 인해 1990년 이후 배출량이 증가하고
5) IEA, “온실가스 잠정배출량”, 검색일: 2022.10.4.
6) 온실가스 종합정보센터(2022.6.28), “2021년 국가 온실가스 배출량 6억 7,960만 톤 예상”, 검색일: 2022.10.4.
