KRICT 한국화학연구원

2025년 대한민국은 정치, 외교, 경제, 민생 전반을 짓누르고 있는 복합위기 속에서 새로운 돌파구 찾기에 여념이 없습니다. 1970년대부터 반세기 넘게 대한민국의 경제성장과 사회문제 해결을 이끌어온 정부출연연구기관(이하 출연연) 역시 이제 더 이상 과거의 성공 방정식에만 기대기 어려운 때를 맞고 있습니다. 특정 분야의 개별 연구만으로는 초지능·초연결·초융합의 급격한 기술변화에 대응하는 데 한계가 있기 때문입니다.

Chapter 01

세계 최상위 수준 전략연구단의 출범

그간 꾸준히 국가연구개발 체계의 혁신을 모색해 온 우리나라는 지난해 세계 최상위 수준의 전략연구단 지원사업을 공식화했습니다. 출연연들이 국가적 임무 중심으로 협력 체계를 구축해 다시 한 번 국민이 체감할 수 있는 대형 성과를 창출할 수 있도록 하려는 것입니다. 국가 유일의 화학 분야 정부출연연구기관으로 오랜 시간 화학산업 발전에 기여해 온 화학연은 그 오랜 헌신에 걸맞게 첫 출범한 세계 최상위 수준 전략연구단 중 ‘시장선도형 차세대 이차전지 혁신 전략연구단(K-BIC)’의 총괄기관으로 선정됐습니다. 국가전략산업인 이차전지의 기술혁신을 진두지휘하는 임무를 부여받은 것입니다.

그리고 올해 화학연의 팔에는 다시 새로운 캡틴 완장이 채워졌습니다. 지난 5월 새롭게 모습을 드러낸 세계 최상위 수준 전략연구단 중 ‘기후위기 대응 이산화탄소 자원화 전략연구단’의 총괄기관도 맡게 된 것입니다. 작년에 이어 올해 2차로 출범한 세계 최상위 수준 전략연구단은 국가전략형과 미래도전형을 합쳐 모두 10곳입니다. 이 가운데 특히 눈여겨봐야 할 유형은 국가경쟁력 강화와 기술패권 주도권 확보에 필요한 게임체인저 기술 개발의 임무를 맡은 5개 국가전략형 전략연구단입니다. ▲기후위기 대응 이산화탄소 자원화 전략연구단 ▲초연결 확장형 슈퍼양자컴퓨팅 전략연구단 ▲극한 환경 혁신형 핵융합 디버터 전략연구단 ▲자율성장 AI 휴머노이드 전략연구단 ▲우주항공 반도체 전략연구단이 그들인데요.

화학연이 총괄기관을 맡고 있는 ‘기후위기 대응 이산화탄소 자원화 전략연구단’의 주요 임무는 기존의 CCU기술보다 고도화된 CFE 활용 전기화 기반의 CCU기술 개발입니다. CFE(Carbon Free Energy)는 재생에너지로 만든 전기만 써야 하는 RE100과 달리 원자력, 수소, CCUS(탄소포집활용저장)까지 온실가스를 배출하지 않는 모든 무탄소 에너지원을 포괄하는 개념입니다. 재생에너지만으로 전력을 충당하기엔 아직 기술이 부족한 만큼 전 세계적으로 확대되고 있는 원전을 적극 활용해 2030 국가온실가스 감축 목표(NDC)와 2050 탄소중립을 실현하자는 것이지요.

Chapter 02

전기화 기반의 CCU 기술

‘전기화’는 국제에너지기구(IEA)가 에너지 부문 탄소중립 달성의 핵심으로 제시하고 있는 4대 미래혁신기술(재생에너지·에너지효율화·수소 및 바이오에너지) 중 하나입니다. e-CCU로도 불리는 전기화는 석유화학과 철강 등 화석연료를 대량으로 사용해 온 대규모 제조업을 전기화하는 것입니다. 가솔린 자동차를 전기차로, 가스레인지를 인덕션으로 대체하는 것처럼 굴뚝산업에 필요했던 화석연료 에너지를 전기 에너지로 전환하는 것이지요.

탄소국경세, 택소노미, ESG 경영 등 탄소중립이 국제무역의 가장 중요한 규범이 됨에 따라 산업 부문의 탈탄소화는 더 이상 피할 수 없는 미래가 되고 있습니다. 전기화 여부가 산업 전반의 경쟁력을 좌우하는 결정적인 요인이 될 수밖에 없는 구조가 되고 있지요. e-CCU 기술이 매우 중요한 이산화탄소 감축수단인 동시에 새로운 미래시장 선점의 기회가 될 것이란 전망도 이 때문입니다. 이에 따라 미국, 영국, 유럽 등 주요국은 산업 경쟁력 강화를 위한 전기화 솔루션 개발과 실증 지원에 투자를 서두르고 있습니다.

이에 따라 우리나라 역시 2035년까지 CFE를 활용한 전기화 기반의 이산화탄소 자원화 기술을 확보한다는 계획입니다. 이를 위해 새로 출범한 기후위기 대응 이산화탄소 자원화 전략연구단을 중심으로 에너지와 이산화탄소를 각각 50% 이상 감축할 수 있는 CCU 기술 개발과 실증을 통해 국내 항공유 연간 소비량의 30%, 플라스틱의 19%를 충당하겠다는 목표를 세우고 있지요.

Chapter 03

"새로운 CCU 패러다임 제시한다"

이번 기후위기 대응 이산화탄소 자원화 전략연구단의 총괄기관을 맡고 있는 화학연은 이미 기후위기 대응 연구의 여명기인 20세기 초부터 이산화탄소 포집과 화학원료 전환 연구를 해오며 국내는 물론 국제적인 CCU 연구개발 선도 기관으로 활약해 왔습니다. 특히 국내 유일·최대 규모의 CCU 기술 실증 전문기관인 CCU실증지원센터와 탄소제로 화학공정 혁신센터를 기반으로 촉매-공정-실증을 아우르는 CCU 토털 솔루션을 확보하며 CCU 핵심기술의 빠른 상용화 기대감을 높여 왔는데요.

화학연은 전기화가 불가피해지고 있는 산업계 전반의 상황에 대응해 CCU의 미래인 e-CCU 기술 개발 역시 선제적으로 모색해 왔습니다. 화학 공정 전기화에 최적화된 전열 탄소 전환 촉매, 탄소 전환 전극, 전기 발열 소재, 이산화탄소 포집 열전 촉매와 요소 기술 간 유기적 호환이 가능한 e-CCU 통합 공정 개발 등이 대표적입니다. 화학연이 세계를 주도하고 있는 폐플라스틱 자원화 분야에서도 화학연의 원천기술을 전기화 공정에 최적화하기 위한 촉매 및 공정기술 개발이 추진되어 왔습니다. 전도성 폐플라스틱을 합성하는 해중합 기술, 전기 저항으로 도체에서 발생하는 열을 이용하는 전기가열 스크루 반응 시스템 기술 등이 그것입니다.

이 같은 CCU 연구개발 역량을 바탕으로 기후위기 대응 이산화탄소 자원화 전략연구단의 캡틴으로 임명된 화학연은 “기존 열화학 기반 CCU가 아닌 전기화 기반 e-CCU 실용 기술을 개발해 세계 최초 전기 기반 공정 및 모듈형 통합 공정 구축과 상용화라는 새로운 CCU 패러다임을 제시하겠다”는 출사표를 밝히고 있습니다.

이를 위해 우선 KIST, 생명공학연구원, 에너지기술연구원, 생산기술연구원, 지질자원연구원, 재료연구원 등 쟁쟁한 역량의 출연연 동료들과 힘을 합쳐 전기화 포집·전환, 전기화학 전환 및 전기화 생물·광물·화학 융합 기술 개발을 추진할 예정입니다. 또한 여기서 한 발 더 나아가 해당 기초·원천기술을 통합한 모듈형 화학 공장을 구축하고, 모듈의 스택을 쌓는 스케일업을 통해 e-CCU 플랜트를 상용화한다는 계획이지요. 세계 최고 수준의 CCU 기술 개발을 선도해 온 화학연이 e-CCU라는 한층 진화한 혁신기술의 시대에도 변함없이 강력한 리더십을 발휘할 수 있기를 기대합니다.