탄소포집기술(CCU)로 플라스틱을 만든다? LG화학, 2050 넷제로 달성 위해 국내 최초 DRM 설비 상업화!

기후 위기가 심화되면서 전 세계는 탄소중립을 위해 다양한 노력을 기울이고 있습니다. 지난 2022년, LG화학은 기존의 2050 탄소중립 성장 목표를 20년 앞당기고, 2050년까지 넷제로(Net-Zero)를 달성하기로 선언했는데요. 넷제로란 지구상에서 생성되는 탄소량과 흡수되는 탄소량의 총량을 같게 하여 실질적인 탄소 배출량을 ‘0’, 즉, ‘제로’로 만드는 것을 말합니다. LG화학은 탄소 감축 및 2050 넷제로 달성을 위해 혁신 공정 도입, 친환경 원료ㆍ연료 전환, 재생에너지 사용 확대 등을 적극 추진하고 있는데요. 오늘은 최근 주목받고 있는 탄소포집 및 활용기술(Carbon Capture and Utilization, 이하 CCU)과 지속가능한 미래를 위해 LG화학이 국내 최초로 구축한 탄소 감축 설비 ‘메탄건식개질(Dry Reforming of Methane, 이하 DRM)’에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

지구를 구하는 탄소포집기술

CCU는 말 그대로 공기 중에 있는 탄소를 포집(Capture), 활용(Utilization)하는 기술로, 포집한 이산화탄소를 ‘자원화’하는 것을 말합니다. 탄소를 포집해 저장, 활용하는 이 기술은 1970년대 처음 등장해 약 50년간 꾸준한 발전을 이루었는데요. 최근에는 상용화 단계에 이르렀으며, 최악의 기후변화 시나리오를 막는 핵심 기술로 각광받고 있습니다.

CCU 기술이 탄소중립을 위한 핵심 기술로 주목받는 데에는 몇 가지 이유가 있습니다. 탄소중립 통해 최악의 기후변화 시나리오를 막으려면 기본적으로 지구상에서 생성되는 탄소량을 줄여야 합니다. 하지만 지금의 산업구조에서 탄소량을 획기적으로 줄이는 건 매우 어려운 일인데요. 탄소량 감축을 위해서는 저탄소, 친환경 기반의 대대적인 산업구조 개편이 필요한데, 당장은 산업구조 개편이 어렵기 때문이죠. 하지만 CCU 기술은 이미 발생한 이산화탄소를 포집해 자원화하기 때문에 친환경 자원순환 측면에서 즉각적인 탄소 감축 효과를 얻을 수 있습니다. 그뿐만 아니라, 신재생에너지와의 연계 및 활용도 가능해 단계적으로 산업구조를 개편하면서 기술을 활용하기에도 용이합니다.

친환경, 저탄소 중심의 성장을 지향하면서 산업 전반에서 CCU 기술 활용을 병행한다면 우리는 더 이른 시일 내에 탄소중립을 이룰 수 있을 것으로 보이는데요. 실제로 EU는 ‘2050 탄소중립 시나리오’에서 약 22억 톤의 이산화탄소를 감축해야 하며 이중 CCU 기술을 통해 약 3억 톤(전체의 14% 수준)을 처리할 것을 제시했으며, 국제에너지기구(IEA)는 ‘2070 글로벌 탄소중립 시나리오’에서 CCU 기술 기여도를 총감축량의 15% 수준으로 제시한 바 있습니다.

DRM, 이산화탄소를 포집해 플라스틱을 만든다

공장에서 포집한 이산화탄소와 부생가스인 메탄을 사용해 플라스틱을 만드는 DRM은 CCU 기술의 한 종류입니다. DRM 설비를 이용하면 기존 대비 이산화탄소 배출량을 50% 이상 저감하면서 주요 플라스틱 원료를 생산할 수 있는데요. LG화학은 2022년 11월, 자체 기술로 DRM 공장 설비를 구축하였으며, 이산화탄소 전환에 핵심이 되는 촉매까지 독자 기술로 개발했습니다.

자체 기술을 이용한 DRM 설비를 구축 및 상업화는 LG화학이 국내 최초인데요. 지금까지 DRM은 운전 시 촉매 성능이 빠르게 낮아지는 문제로 상업화가 어려웠으나, LG화학이 이러한 문제점을 보완한 독자 기술을 개발, 촉매의 내구성을 획기적으로 강화하면서 상업화를 할 수 있었습니다. 촉매의 내구성을 강화하는 데에는 촉매 사업 담당 부서의 역할이 주효했습니다. LG화학은 고부가 사업인 촉매 생산 기술을 내재화하기 위해 2019년 촉매 사업 담당 조직을 신설했는데요. 그 결과, 친환경 주력 제품인 POE(폴리올레핀 엘라스토머), CNT(탄소나노튜브) 등 생산에 필수적인 촉매를 독자 기술로 개발하였을 뿐 아니라, 자체 기술로 DRM 설비를 구축하는 데에도 크게 기여했습니다.

LG화학은 2023년 충남 대산 공장에 1천 톤 파일럿 공장을 건설, 독자 기술로 개발한 DRM 공정 기술과 촉매 등을 검증하고 있습니다. 또한, 2050 넷제로 목표 달성을 위해 2026년까지 획기적인 탄소저감 설비인 DRM의 설비 규모를 지속적으로 확대해 적용할 계획입니다.

탄소중립의 핵심적인 기술임에도 불구하고 탄소포집기술 중 CCU 기술은 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술 대비 기술적 난이도가 높고 생산 단가가 높아 기업들의 연구개발 투자가 잘 이루어지지 않는 분야입니다. 하지만 LG화학은 인류의 지속가능한 발전을 위해서는 CCU 기술 적용이 필수적이라고 판단했습니다. 그리고 오랜 시간 CCU 기술에 대한 연구개발과 투자를 진행했습니다. 그 결과, 이산화탄소 배출량을 절반 이상 감축하면서 플라스틱 원료를 생산할 수 있는 DRM 설비를 자체 기술로 개발할 수 있었는데요. 앞으로도 LG화학은 지구 환경과 인류에 이로운 영향을 끼치는 과학기술로 지속가능한 미래를 만들어 나가겠습니다.