미국의 5대 탄소 다배출 산업의 탈탄소화 로드맵

☞ 미국은 탄소 배출이 가장 많은 5대 산업에 대한 탈탄소화를 위해 ‘산업 탈탄소화 로드맵(IDR)’ 보고서를
’22.9월에 발표하였다. 미국의 5대 탄소 집약적 산업(철강, 화학, 식음료, 정유, 시멘트)의 탈탄소화를
위한 핵심 수단, 달성 경로 및 주요 권고사항은 아래와 같다.

 

1. 미 에너지부의 산업부문 탈탄소 로드맵 보고서

1) ’22.9월 미 에너지부(DOE)는 탈탄소화가 특히 어려운 산업부문의 탈탄소 달성을 위한 ‘산업 탈탄소화 로드맵(Industrial Decarbonization Roadmap, IDR)’ 보고서를 발표
▶ (배경) ’21년 바이든 정부는 ’35년 100% 무탄소 전력 공급 및 ’50년 탄소중립 달성 목표를 수립하였고, 이를 위한 ‘미국의 장기전략(’21.11월)’을 발표하였으며 이를 바탕으로 ‘산업 탈탄소 로드맵’을 작성
▶(내용) 철강, 화학, 식음료, 정유, 시멘트 등 제조업 중 가장 탄소 집약적인 5개 업종에 대해 공동의 기술, 공정, 관행을 연구하여 탈탄소화 기회를 탐구하고 정량화함
▶ (탄소 배출 현황) 산업부문은 ’20년 기준 미국 1차에너지 소비의 33%를 점유하고 있으며, 특히 5대 탄소 집약적 산업의 탄소 배출량의 50% 이상을 차지
-. 산업부문의 탄소배출은 주로 △ 연료소비, △ 산업용 전력 생산, △ 산업공정, △ 제조품 생애주기 등에서 발생

2. 산업부문의 탈탄소화를 위한 핵심 수단 4가지

1) 에너지효율향상
▶ 단기 탈탄소 솔루션으로 가장 큰 감축 잠재력을 가지며, 대부분의 경우에 산업공정에서 커다란 조치를 필요로 하지 않고, 즉각적으로 배출량을 저감할 수 있다는 점이 장점
-. (주요 에너지효율화 수단) △ 시스템 효율, 공정 수율(process yield), 열에너지 회수 등의 향상, △ 에너지 수요관리 개선, △ 에너지 소비 감축을 위해 설계된 스마트 제조방식 시행 확대 등이 있음
-. (전략) 중장기적으로 전력, 수소, 바이오매스 등 저탄소 에너지원을 산업공정열(process heat, 산업 공정에 필요한 열)로 활용하는 것을 염두하면서 단기 에너지효율을 개선하는 것이 중요
2) 산업공정의 전기화
▶ 산업공정의 열 생산에서 전기화는 탈탄소화된 저비용 전력원(재생e)을 활용하여, 현장에서 화석 연료 연소 시 배출되는 산업부문 온실가스 배출을 크게 저감할 수 있음
-. 제조업에서 소비되는 전체 에너지의 50%는 산업공정의 열에너지 생산에 사용되며, 이 중 5% 미만이 전기화
-. (주요 기술) 히트펌프 등 열 생산이나 산업공정용 수소 생산의 전기화 포함
3) 저탄소 연료･원료･에너지원(LCFFES)
▶ 생산 과정이나 에너지원 사용 시, 대기 중으로 온실가스를 배출하지 않는 청정에너지 기술의 적용은 탈탄소화에 매우 중요
-. 재생에너지, 열병합 원전, 집광형 태양열 발전(concentrated solar power), 지열 에너지 등이 LCFFES에 포함
-. (주요 기술) 유연한 연료(flexible fuel), 청정수소 연료와 청정 공급원료, 바이오연료, 바이오공급원료, 원자력, CSP, 지열 등 포함하며, 일부 기술은 초기 배출량 저감 목표 달성을 위해 조기에 실행될 수 있을 정도로 충분히 상용화 단계에 이르렀으나, 다른 기술들은 아직 RD&D 단계에 머물러 있음
4) 탄소 포집･활용･저장(CCUS)
▶ CCUS는 장기적으로 탄소 배출 저감을 가장 크게 달성할 수 있는 수단으로, 다른 탈탄소 기술과 전략을 통해 달성할 수 없는 최종 탄소감축 단계에서 매우 중요
-. 에너지 효율, LCFFES, 전기화 등은 CCUS보다 빠르게 보급될 수 있고, 탄소 다배출 산업의 탄소배출량을 40%까지 감축할 수 있지만, 이 수단만으로는 탄소중립을 달성하기에 역부족

 

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3. 미국의 5대 다배출산업의 탈탄소화 달성 경로 및 권고사항

1) 5대 산업의 탈탄소화 로드맵
▶ IDR은 5대 업종에서 ’15년 대비 ’30년은 29%, ’40년은 58%, ’50년까지 87%(이산화탄소 4억 톤) 배출량 감축을 달성하기 위한 기술 경로 제시
▶ ’30년은 주로 에너지효율향상이 주요 탄소 감축수단이며, 이후 전기화, LCFFES 및 CCUS를 통한 감축 비중이 증가하고, ’50년에는 CCUS를 통해 거의 40%이상의 탄소 감축 달성

2) 5대 산업의 탈탄소화 달성을 위한 주요 권고사항
▶ (철강) 에너지 효율 개선과 저탄소 및 무탄소 연료 전환, 전기화를 통해 배출량의 2/3 이상을 감축할 수 있음. 수소 기반 철 생산, 철광석 전기분해 공정, CCUS 등의 혁신적 기술을 위해 적극적인 RD&D 및 보급 필요
▶ (화학) 위 탈탄소화 핵심 수단을 사용하여 원료나 연료의 탈탄소화가 가능함. 전기화학 공정의 개선을 위해 전기분해장치의 효율 제고가 필요함. 통합 화학설비 구축을 위해 다양한 공정의 효율성 및 스마트 제조에 대한 연구 확대 필요
▶ (식음료) 산업공정열의 전기화(특히 오븐·튀김기), 보일러, 증발 및 저온살균 공정에 대한 RD&D가 필요함. 식음료 유통기한 연장과 재활용으로 상당한 양의 폐기물을 줄일 수 있으므로 관련 기술 연구지원 필요
▶ (정유) 정유 공정 관련 RD&D가 정제부문의 배출량 감축에 가장 비용-효과적이며, 액체 탄화수소 연료 생산을 통해 탄소집약도가 낮은 新정유공정을 개발하고 수송·화학 공정에서 탈탄소화를 달성할 수 있음
▶ (시멘트) CCUS를 통해 ’50년까지 약 65%의 탄소배출을 감축할 수 있으며, CCUS 및 혁신적 화학기술에 대한 적극적인 RD&D, 시범사업, 기술 보급 촉진 등의 노력 필요