지구 온난화에 따른 환경재앙을 막기 위해 한국을 포함한 세계 137개국은 탄소중립을 선언했다. 2100년까지 지구 온도 상승폭을 1.5도 미만으로 제한하는 것이 목표다. 이를 위해서는 2030년까지 2010년 대비 이산화탄소(CO2) 배출량을 최소 45%까지 줄여야 한다. 또 2050년까지 CO2 순배출량 제로(넷 제로)를 달성해야 한다.

과학기술정보통신부는 한국에너지기술연구원과 탄소 중립 10대 핵심 기술의 개발방향과 전략을 담은 '탄소중립 기술혁신 추진전략-10대 핵심기술 개발방향' 보고서를 발간했다고 12일 밝혔다.

이번 보고서는 정부가 지난 3월 발표한 '탄소중립 기술혁신 추진전략' 내 탄소중립 10대 핵심 기술의 정의, 현황, 이슈를 분석했다.

보고서는 크게 △총괄 △에너지 전환(태양광 풍력 수소 바이오에너지) △산업 저탄소화(철강·시멘트, 석유화학, 산업공정 고도화, 이산화탄소 포집·활용·저장기술) △에너지 효율(수송효율 건물효율 디지털화)로 구성됐다.

임혜숙 과기정통부 장관은 보고서를 발간하며 "탄소중립은 더 이상 피할 수 없는 전 지구적 과제이며, 정부는 탄소중립 기술혁신을 지원하기 위해 10대 핵심기술 확보 가속화와 혁신생태계 조성에 지속적으로 정책역량을 집중할 계획"이라고 밝혔다.

◆2040년 20MW급 풍력발전기 개발 = 10대 핵심기술 가운데 첫 번째인 태양광과 풍력은 고효율 대용량 기술개발이 목표다.

우선 태양광에서는 현재 27% 수준인 태양전지 효율을 2030년 35%, 2050년 40%를 달성한다는 계획이다. 효율을 높여 태양광 패널 설치에 필요한 면적을 현재의 60% 수준으로 낮출 예정이다. 계획대로 기술을 개발하면 1기가와트(GW)급 태양광패널 설치에 필요한 면적이 현재 14.2㎢에서 2040년에는 8.5㎢로 줄어들게 된다.

정부는 이 같은 목표를 달성하기 위한 주요한 과제로 사용되는 실리콘 태양전지 한계요율 30%를 넘어설 수 있는 차세대 태양전지 개발을 꼽았다.

풍력에서는 발전기 대형화를 통해 풍력 발전량을 확대하는 것이 과제다. 현재 5.5MW 수준인 국내 풍력 발전기 기술을 2030년 15MW, 2040년 20MW 수준으로 높인다는 계획이다. 국내 풍력발전설비 기술은 선진국에 비해 많이 뒤쳐져 있다. 핵심부품 국산화율은 60% 수준이다.

미국 제너럴일렉트릭(GE)은 2019년 12MW급 터빈을 출시했다. 하지만 국내 최고 수준인 두산중공업은 내년도 8MW급 출시를 목표로 개발을 진행하고 있다.

◆수소 생산단가 2500원 달성 = 수소에서는 수소경제 구현을 위한 생산 저장·운송 발전 전주기 기술 확보가 목표다. 특히 수소생산 단가를 낮춰 경제성을 확보하는 것이 핵심이다. 정부는 현재 1㎏에 1만3000원 수준인 수소 생산단가를 2030년 3500원, 2040년 2500원 수준으로 낮춰 수소사회 구현을 위한 기반을 구축한다는 계획이다. 또 현재 1KWh에 250원 수준인 수소 발전단가를 2040년까지 절반 수준으로 낮출 예정이다.

바이오에너지도 가격경쟁력을 갖추는 것이 핵심 목표다. 현재 화석연료 대비 120~150% 수준인 바이오연료 가격경쟁력을 2030년 대등하게 맞추고, 2045년에는 85% 수준으로 낮춘다는 계획이다.

◆무탄소 연·원료 그린제철기술 확보 = 산업 저탄소화 분야인 철강·시멘트는 온실가스 다배출 자원을 사용하는 기존 제조공정을 저배출·무배출의 공정으로 전환하기 위한 기술을 개발하는 것이 목표다.

철강산업은 온실가스 국내 CO2 배출량의 16%를 차지할 정도로 탄소배출이 많은 산업이다. 시멘트산업도 국내 총 발생량의 5.6%를 차지하고 있다. 이에 따라 철강·시멘트 부문 CO2 배출량 감축이 시급한 상황이다.

정부는 현재 0% 수준인 제철분야 수소 사용 비율을 2040년 100% 끌어 올린다는 계획이다. 또 시멘트 분야는 석회석 대체가능률을 0%에서 8%로 높일 예정이다.

석유화학 분야는 저탄소 차세대 석유화학 기술을 구현하는 것이 목표다. 바이오나일론 등 탄소중립원료 제품 가격경쟁력을 현 150% 수준에서 2040년 100% 수준으로 낮출 계획이다. 나프타(납사)에 의존적인 원료구조를 바이오메스 폐플라스틱 부생자원으로 대체해 나간다는 계획이다. 또 탄소저감 신공정을 개발해 2040년에는 기존 가열분해로 20%를 대체할 예정이다.

산업공정 고도화는 지구온난화지수(GWP)가 CO2의 수백~수만배인 반도체·디스플레이산업 공정가스를 대체할 수 있는 재료나 제어하는 기술을 개발할 예정이다. 이를 통해 공정가스 배출저감기술 효율을 현재 80% 수준에서 95% 수준으로 높일 계획이다.

CO2포집·저장·활용(CCUS) 분야에서는 현재 1톤에 60달러 수준인 포집비용을 2050년 20달러 수준으로 낮추는 것이 목표다. 또 안전하고 효율적인 저장기술과 실용화 가능한 활용기술을 개발해 신산업을 창출한다는 계획이다.

◆수소 고속충전기술 개발 = 에너지 효율 분야에서는 모빌리티나 건물운영에서 탄소배출을 저감할 수 있는 핵심기술을 개발하는 방안이 추진된다.

수송효율에서는 탄소 배출 없는 차세대 모빌리티 확보가 목표다. 이를 위해 현재 1㎏에 250Wh 정도인 전지 에너지밀도를 2045년 600Wh 높일 수 있는 기술을 개발하겠다는 계획이다. 또 현재 1분에 1.6㎏ 정도 가능한 수소충전기술을 2030년에는 7.2㎏이 가능하도록 끌어올릴 예정이다.

이렇게 되면 전기차 주행거리가 길어져 서울과 부산을 충전없이 왕복할 수 있고, 현재 5분 정도 걸리는 수소차 넥쏘 충전시간이 1분 미만으로 줄어들게 된다.

건물효율 분야는 2030년까지 에너지효율을 30% 높이고, 현재 리모델링 대비 130% 수준인 제로에너지 건물 건축비를 2045년 105% 수준으로 낮춘다는 계획이다.

이외에 전력소비가 많은 데이터센터 전력 소모를 20% 이상 줄일 수 있는 기술을 2030년까지 확보하기로 했다.