탄소중립 시나리오의 산업단지 에너지 전환 방안

국문 초록 (Abstract)

2015년 체결된 파리협정으로부터 참여국들은 장기 저탄소 발전전략(LEDS)를 수립하여 2020년까지 제출하도록 권고하였다. 또한 파리협정 참여국들은 UNFCCC에 자발적 감축목표(NDC)를 주기적으로 제출하고, 검토받게 되었다. 이는 참여국들의 감축목표 설정과 모니터링을 상향식으로 변경하여 온실가스 감축을 더 효과적으로 이끌어내기 위함이었다. IPCC(2018)에서는 2100년까지 지구 평균온도 상승폭을 섭씨 1.5도 이내로 제한해야 한다는 특별보고서를 발표하였고, 이산화탄소 배출량을 2030년까지 최소 45% 감축하며, 2050년 경에는 탄소중립을 달성해야 한다는 경로를 제시하였다. 이로부터, 2020년에는 탄소중립에 대한 국제적인 합의가 이루어짐에 따라, 세계 각국들이 탄소중립 목표연도와 계획을 발표하였다. 우리나라에서도 2020년 12월에 탄소중립 목표와 LEDS에 기반한 “대한민국 2050 탄소중립 전략”을 발표하였다(대한민국정부, 2020). 이 문서에서는 탄소중립 목표를 달성하기 위해 각 부문을 에너지, 산업, 수송, 건물, 폐기물, 농축수산, 탄소 흡수원으로 분류하여 2050년까지의 비전과 전략을 다루고 있다. 2021년 10월에는 이를 구체화한 “2050 탄소중립 시나리오안”을 발표하였다(관계부처합동, 2021).
탄소중립 전략의 후속대응으로 2050 시나리오를 작성한 결과, 전환, 산업, 건물, 수송, 농축수산, 폐기물, 수소, 탈루, 흡수원, 이산화탄소 포집 및 활용·저장(CCUS), 직접공기포집의 부문에 대해 2개의 시나리오(A, B안)가 도출되었다. 본 연구에서는 에너지와 산업부문에 치중한 것이므로 전환 부문과 산업 부문에 대해서만 다룬다. 전환부문에서 A안의 경우 화력발전을 전면 중단하여 전환부문의 배출량을 0으로 만든다. B안의 경우 LNG 발전을 일부 유지하여 배출량은 잔존하나 이는 CCUS로 감축하겠다는 계획이다. 산업부문의 경우 시나리오가 두 안에서 동일한데, 철강부문을 수소환원제철로 대체하고, 시멘트와 석유화학 부문의 연료 및 원료전환으로 배출량을 감축하며, 전력 다소비 업종의 효율화를 통해 에너지 절감과 온실가스 배출량을 감소시키겠다는 계획이다.
산업단지 집단에너지의 경우 따로 구체화된 내용이 없다. 산업단지 집단에너지는 에너지 공급이기 때문에 전환부문에 포함되며, 산업부문에서 집단에너지를 통해 얻는 열에너지는 산업에서 공정열로 사용한다. 집단에너지는 전력과 열을 동시에 생산해 공급하여 효율을 끌어올리는 구조로 열병합발전(Combined heat and power, CHP)을 활용한다. CHP의 경우 연료를 천연가스로 생각하기 쉬우나, 산업단지에 공정열을 저렴하게 공급하기 위해 산업단지 집단에너지는 유연탄을 연료로 한 CHP를 다수 활용하고 있다. 2020년 기준으로 산업단지 집단에너지에서는 약 8,269ktoe의 연료를 소비하였으며(지역난방과 산업단지를 포함하는 병행사업자 제외), 바이오와 폐기물이 일부 존재하나 대부분 화석연료를 사용한다. 8,269ktoe 중 유연탄 소비는 약 4,048ktoe로 산업단지 집단에너지의 약 48.9%가 유연탄으로 공급중인 상황이다(한국에너지공단, 2021). 하지만 배출권거래제로 인해 발전소들이 유상할당 대상이 되면서, 산업단지 집단에너지 업계에도 부담이 가해질 전망이다. 최근 환경부에서는 기후기금을 활용해 산업단지 집단에너지의 유연탄 CHP를 친환경으로 전환하는 방안에 대해 논의하고 있다. 2022년의 환경부 사업 중 하나로 산업단지 집단에너지를 바이오매스 보일러로 전환할 경우 전환비용의 50% 내에서 최대 100억원까지 지원한다.
이렇게 산업단지 집단에너지를 친환경으로 전환하고자 노력하고 있으나, 현재 산업 공정열로 사용 중인 열에너지에 대한 고려가 부재한 상태로는 산업단지 집단에너지의 전환이 어려울 것이다. 탄소중립 시나리오 상 유연탄 발전소를 퇴출하기 위해 유상할당 비중을 높이고, 환경비용을 반영하면 2050년에는 발전을 위한 한계비용이 자연스레 유연탄과 천연가스가 같아질 것이다. 현재, 산업단지에서는 열병합발전 용도로 가스를 약 1,882ktoe 활용하고 있다. 유연탄 CHP를 천연가스 CHP로 전환하면 온실가스 배출량은 상당 부분 줄어들지만 여전히 존재한다. 생애주기 배출계수에 따르면 천연가스는 유연탄 대비 약 1/2~1/3 배출하기 때문이다. 현재 탄소중립 시나리오에서 B안은 전환부문에 천연가스 발전을 남겨둔 상태이기 때문에, 천연가스 CHP는 미래에도 활용될 여지가 있다. 단, 산업단지에서는 공정열이 지속적으로 필요할 것이기 때문에, 친환경 에너지원으로 전환할 경우 추가적인 열에너지가 상당 부분 많이 필요하게 된다. 즉, 지속가능한 외부 열원이 존재하지 않는 산업단지라면 상당히 전환에 어려움을 겪을 수 있다.
이에 본 연구에서는 우리나라 내에 존재하는 산업단지별로 발전소의 연료 소비현황과 전력 및 열소비 특성을 파악하고, 국가열지도를 활용하여 산업단지별 가용한 열원량을 발굴하고자 한다. 이를 통해 산업단지별로 전환가능 여부를 파악하고, 규모별로 적용가능한 에너지원 형태를 식별한다.