기후 변화가 공중에 떠 있는 것의 문제라고 한다면, 훌리오 프리드먼의 관심은 반대 방향인 땅속으로 향합니다. 화석 연료를 파서 태우는 이야기가 시작된 곳이 바로 땅속이기 때문입니다. 그리고 이산화탄소가 다시 땅속에 묻히는 이야기로 끝나야 한다고 그는 확신에 찬 목소리로 주장합니다.
프리드만은 지질학자이자 지하에 대한 이야기꾼입니다. 지각을 뚫고 내려가면 수억 년에 걸친 지구의 역사를 안내해 줄 수 있다고 합니다. 사실 시추까지 할 필요는 없습니다. 초음파로 곧 태어날 아기의 뱃속을 들여다보고 성장 중인 아기의 작은 발가락을 볼 수 있는 것처럼, 지질학자들은 음파를 땅속으로 보내는 작업을 합니다. 그러면 암석의 층마다 소리를 다르게 반사하여, 암석이 무엇으로 이루어져 있고 어떤 비밀을 품고 있는지 밝혀낼 수도 있습니다.
초음파가 부모의 삶을 영원히 바꿀 수 있는 것처럼, 지층 판독 결과는 프리드만의 삶을 바꾸어 놓았습니다. 2001년 메릴랜드 대학교에서 열린 일상적인 회의에서, 그는 노르웨이 연안의 지각 조각에 대한 초음파 이미지를 보았습니다. 국영 석유 회사인 스타토일(현 에퀴노르)이 석유와 가스 추출 과정에서 이산화탄소를 포집하여 액체로 압축한 다음 지하 깊은 곳으로 펌프질 해서 넣고 있었습니다. 가끔 유전과 가스전에서도 이산화탄소를 포함하고 있는 경우가 있는데, 이 회사는 화석 연료가 추출되는 동안에도 지하에 온실가스를 재주입할 수 있는 방법을 찾아냈습니다.1
"사진을 보니 모두 알게 되었습니다."라고 그는 말합니다. 암석에 이산화탄소를 주입하면 소리가 반사되는 방식이 바뀌고 지진 반사 판독 결과에서 '크리스마스 트리처럼' 나타납니다. '일단 이산화탄소 CO2가 지하에 주입되면, 인간이 정교한 빨대를 꽂아 빨아들이지만 않으면, 석유가 그 깊이에 갇혀 있던 것처럼 5천만 년 동안 그곳에 머물러 있을 것'이라고 그는 말합니다.
프리드만이 이 기술의 지구 온난화 가스 감축 잠재력을 파악했을 때, 이미 석유 업계는 완전히 다른 이유로 수십 년간 이 기술을 상용화 하려고 했습니다. 탄소 포집 및 저장(CCS)이라는 기술이 처음 사용된 것은, 대기에 버려지는 온실가스의 양을 줄이기 위한 것이 아니었습니다. 오히려 노후화된 유전에서 석유 생산량을 늘리기 위한 것이었습니다.
CCS가 배출량 감축보다는 기후 오염 제품 사용을 촉진하는 데 인센티브가 맞춰진 바로 그 업계에서 개발되었다는 사실은 기후 공익을 위한 기술 개발에 걸림돌이 되어 왔습니다. 이론적으로 이 기술은 발전소나 정유소와 같은 기존 시설의 운영 방식을 방해하지 않고도 배출량을 줄이는 데 적용할 수 있으며, 전 세계 배출량의 10% 이상을 차지하는 시멘트와 철강 등 중공업의 탈탄소화를 위한 경제적으로 실행 가능한 옵션이 될 가능성이 높다는 사실에도 불구하고 말입니다.
지구 온난화의 최악의 영향을 막기 위한 노력의 일환으로 탄소 배출량 감축이 늦어지면서 CCS의 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 사실, 그 지연 기간이 너무 길어져서, 파리 기후 협약에 명시된 목표를 달성하기 위해 IPCC가 모델링한 대부분의 미래에는 '마이너스 배출'이 필요합니다(8장 참조).2 이는 인간이 이미 대기에서 직접 배출한 이산화탄소를 포집한 다음 지하에 묻기 위해 CCS 기술을 사용하는 것을 포함합니다.
"우리는 빠르고 역동적인 세상에 살고 있습니다."라고 프리드만은 말합니다. 하지만 지질학적 시스템은 그렇지 않습니다. CCS도 마찬가지라고 할 수 있습니다. 이 기술을 확장하고자 하는 환경 단체의 수년간의 노력 끝에 현재 약 24개의 플랜트가 4천만 톤의 이산화탄소를 포집하여 지구의 장으로 내보내고 있습니다. 이는 전 세계 연간 배출량의 0.1%에 불과한 비교적 적은 양입니다. 전 세계는 지구 평균 온도변화를 2°C 이하로 유지하기 위해 향후 수십 년 내에 100배의 이산화탄소를 포집하고 저장할 수 있는 인프라를 구축해야 할 것입니다.
현재 컨설팅 회사 Carbon Direct에서 수석 과학자로 일하고 있는 프리드만은, 기술 확장의 시급성과 이를 가로막는 여러 요인에 대해 누구보다 잘 이해하고 있습니다. 그는 30년 동안 석유 대기업 엑손모빌에서 일했고, 대학에서 연구원으로 일했으며, 비밀 국립연구소에서도 일했고, 미국 정부의 고위 관료로 일했으며, 정책을 수립하는 싱크탱크에서 일했고, 기후 솔루션을 확장하는 스타트업에서 일했습니다. 그 중 한 가지 일을 제외하고는 모두 '최대한 많은 양의 탄소를 다시 땅으로 돌려보내는 일'에 집중해 왔습니다. 그래서 그는 스스로를 '탄소 사냥꾼'이라고 부릅니다.
프리드먼은 배터리와 태양열 등 다른 중요한 기후 기술에서 선두를 잃은 미국에서도 여전히 CCS 도입의 선두주자로 남아 있는 미국에서 평생을 일해 왔습니다. 결정적으로, CCS의 더딘 발전은, 현존하는 자본주의의 문제점을 드러내고 자본주의의 일부 측면을 개혁하기 위해 무엇을 해야 하는지를 보여줍니다. 과학자들의 말처럼 CCS가 꼭 필요하다면, 지난 20년간 프리드먼의 경험은 전 세계적으로 빠르게 실행해야 할 것들을 가르쳐줍니다.
탄소 포집은 1930년대에 천연가스에서 오염 물질을 제거하기 위해 처음 개발되었습니다.3 많은 가스전에는 이산화탄소(및 황화수소)도 포함되어 있는데, 이 혼합물은 '사워 가스'라고 불립니다. 이산화탄소는 성질이 약산성이라 레몬 주스의 구연산처럼 맛이나 향이 시큼하기 때문입니다. 순수한 천연 가스를 상업용으로 판매하려면, 먼저 이러한 가스를 분리해야 합니다.
학생들이 화학 수업에서 배우는 것처럼, 산을 중화시키는 한 가지 방법은 염기를 사용하는 것이며, 그 결과 생성되는 용액에는 소금만 남습니다. 기체 혼합물에서 산성 이산화탄소를 분리하기 위해 과학자들은 아민(기본적으로 수소 원자 3개에 질소 원자 1개가 붙어 있는 암모니아이지만 수소 원자 중 하나 이상이 다른 것으로 대체된 것 포함)이라는 염기 또는 알칼리를 사용합니다. 가스 혼합물이 아민 용액을 통과할 때 이산화탄소 분자는 자석 표면의 쇳가루처럼 달라붙어, 염을 형성합니다. 한 쪽 끝에서는 가정에서 난방이나 산업용으로 사용할 수 있는 이산화탄소가 없는 천연 가스가 나오고, 다른 쪽 끝에서는 별도의 챔버에서 아민 염을 가열하여 방출되는 이산화탄소가 나옵니다. 그러면 CO2가 없는 아민은 시스템을 통과하는, 다음 가스 혼합물에서 더 많은 이산화탄소를 포집할 준비를 마치게 됩니다.
초창기에는 배출된 이산화탄소를 대기 중으로 그냥 버렸습니다. 그러다 1970년대에 석유 회사들은 온실가스의 용도를 찾았습니다.4 유전이 노후화됨에 따라 생산량이 감소는 것이 정상입니다. 따라서 엔지니어들은 창의력을 발휘해야 했습니다. 석유 회수율을 높이기 위한 한 가지 방법은, 지하에 증기를 주입하여 압력을 높이는 방법으로 더 많은 석유를 밀어내는 것입니다. 하지만 기름과 물은 섞이지 않기 때문에, 단순히 압력을 높여서 더 많은 기름을 끌어내는 증기의 능력은 시간이 지나면 한계에 부딪힙니다. 바로 그때 누군가가 이산화탄소를 사용하자는 기발한 아이디어를 떠올렸습니다.
액체 상태의 이산화탄소는, 비누가 음식물이 묻은 옷에 작용하는 것과 같은 방식으로 기름기를 녹이는 역할을 합니다. 퇴적암의 작은 구멍에 갇힌 기름을 밀어내는 데는, 가압 증기보다 훨씬 더 효과적입니다. 이 유전으로 펌핑되는 이산화탄소 1톤당 약 4분의 3은 새로 추출된 석유와 함께 다시 올라오게 됩니다. 나머지는 방금 밀어낸 석유를 대신하여 수백만 년 동안 석유가 고여 있던 같은 구멍에 이산화탄소가 대신 갇히게 됩니다.
과학자들은 이 우연한 이점을 훨씬 더 큰 규모로 활용하고자 합니다. 지각 곳곳에는 유전이 석유와 가스를 가두는 것과 같은 방식으로 이산화탄소를 저장할 수 있는 지질 구조가 많이 있습니다. 실제로 지난 200년 동안 인간이 화석 연료를 태워 대기에 배출한 양보다 훨씬 많은 수조 톤의 이산화탄소를 저장할 수 있는 충분한 공간이 있습니다.
노르웨이 정부가 대주주로 있는 석유 회사 에퀴노르는 해안에 있는 지하 염전으로 이산화탄소를 주입합니다.5 액체 이산화탄소가 구멍을 채우면, 구멍에 있던 무해한 바닷물을 밀어냅니다. 아이슬란드에서는 공공 유틸리티인 레이캬비크 에너지가 지열 발전소에서 이산화탄소를 포집한 다음, 현무암에 묻습니다. 약 700미터 깊이에서 온실 가스가 반응하여 광물을 형성하고 2년 이내에 이산화탄소가 암석으로 변한다고 합니다.6
하지만 CCS의 50년 역사나 기후 잠재력은 많은 최고 의사 결정권자들도 잘 알고 있지 않고, 이해하지도 못했습니다. 프리드먼은 "좌파와 우파를 막론하고 이 기술은 아직 황금 시간대에 사용할 준비가 되지 않았다고 말하는 사람들이 꽤 많습니다만,". '그건 그냥 헛소리일 뿐입니다.'
일부 회의론자들은 아직까지 관찰하지 못한, 대량의 온실가스 누출과 같은 의도하지 않은 결과를 우려합니다. 다른 사람들은 CCS를 얕은 깊이에 액체를 주입하는 천연가스 파쇄와 비교하는데, 이는 수질 오염과 소규모 지진을 유발한다는 이유로 환경운동가들 사이에서 평판이 좋지 않습니다. CCS는 일반적으로 이산화탄소를 지하 깊은 곳에 저장하기 때문에 소규모 지진 같은 위험은 없습니다. '내 뒷마당에는 안 된다(NIMBY)'는 말에 또 넘어간 다른 사람들은, 안전이나 유용성에 관계없이 단순히 주변에서 일어나는 모든 활동에 이유없이 반대합니다. 하지만 수년간의 과학적 연구에 따르면 이러한 우려는 근거가 없는 것으로 나타났습니다.
2015년 파리에서 각국이 모여 지금은 유명한 기후 협약에 합의하기 몇 주 전, 전 세계 40명의 CCS 전문가 그룹이 유엔에 공개 서한을 보냈습니다. '전 세계적으로 수십 년간의 과학 연구를 대표하는 지구과학자와 엔지니어로서 우리는 이산화탄소의 지질학적 저장이... 안전하고 안전하며 효과적이며, 이를 입증할 상당한 증거가 있음을 유엔에 알려서, 안심시키고 싶습니다'라고 썼습니다. 그리고 학자들이 그러하듯, 그들은 동료 검토를 거친 수많은 연구 목록을 증거로 제시했습니다.7 그러나 이러한 사실은 아직 충분한 사람들의 의견을 바꾸지 못했습니다.
CCS가 광범위한 지지를 얻는 데 있어 가장 큰 어려움은, 바로 위와 같은 이유 때문일 것 같습니다. 원자력이 핵무기 및 방사능에 대한 끔찍한 공포와 떼려야 뗄 수 없는 관계에 있는 것처럼, CCS도 화석 연료 산업과의 연관성 및 기후 과학에 대한 의심을 심으려는, 강력한 기업들의 시도를 떨쳐버리지 못했습니다.
많은 환경운동가들은 배출량을 줄이거나 친환경 기술을 개발한다고 주장하는 화석 연료 기업의 활동을, 극도로 회의적인 시각으로 바라봐야 한다는 결론을 내렸습니다. 트위터에서 일부 사람들은 석유 회사가 기업 계정에서 트윗을 올릴 때마다 '이게 당신 짓입니까?"라는 글과 함께 기후 변화에 대한 회사 역사 중, 부정적 사실을 보여주는 글을 답글로 달며 이들 기업을 '그린 트롤링'하기 시작했습니다. 다른 사람들은 이러한 기업을 아예 '폐기'하기를 원하며, 이러한 트윗에 #Abolish[회사명 삽입]으로 답글을 달기도 합니다.8
그렇기 때문에 프리드만은 "탄소 포집 분야에서 일하기 시작한 첫날부터 일관되게 CCS는 석탄 기술도 아니고 석유 및 가스 기술도 아니라고 말했습니다."라고 말합니다. '탄소 포집은 배출량 감축 기술'이라고요.
석유 및 가스 회사가 CCS를 가장 먼저 마스터했지만, 세기가 바뀌면서 이 기술에 대한 대부분의 관심은 두 가지 이유로 석탄 회사에서 나왔습니다. 첫째, 석탄은 화석 연료 중 가장 지저분한 연료입니다. 석탄을 연소할 때 발생하는 이산화탄소 배출량은 천연가스보다 거의 두 배나 많습니다(천연가스 공급선에 누출이 없다고 가정할 경우). 즉, 배출량 감축에 대한 압박은 석탄 광부와 석탄 발전소를 보유한 유틸리티에 가장 컸습니다. 둘째, 석탄은 증가하는 전력 수요를 충족하기 위해 가장 많이 선택되는 연료였습니다. 셰일 혁명이 아직 일어나지 않은 당시에는 천연가스가 비쌌기 때문입니다. 석탄 발전소는 전 세계 전력의 40%를 생산했고, 전 세계 배출량에 대한 부담이 빠르게 증가하고 있었습니다.9 막대한 보조금을 지원해야 했던 태양광과 풍력은, 아직 당시 전 세계 전력 생산의 큰 그림에서 차지하는 비중이 거의 없었습니다.
이 모든 것이 기후 운동가들 사이에서 석탄 회사를 적으로 만들었습니다. 많은 석유 및 가스 회사들이 기후 과학을 받아들이기 시작했는데도, 여전히 기후 변화를 부정하는 것으로 악명이 높은 석탄 회사들과 엮이고 싶지 않았기 때문입니다. 프리드먼은 "지금 생각하면 우스운 이야기지만, 당시만 해도 석유 및 가스 회사들은 평판 리스크걱정을 많이 했습니다.
반면에, 끔찍한 탄소 발자국을 남기는 석탄 산업은 이를 보완하기 위해 CCS와 같은 기술에 돈을 쓸 수밖에 없는 기회를 잡았습니다. 반면, 석유 회사들은 석탄 회사가 CCS에 투자하는 것을 지켜보면서 기술이, 이론적으로 학습 곡선을 따라 올라가고 비용 곡선이 내려갈 때까지 기다릴 수 있었습니다. 그 후 석유 회사들도 자체 시설에 CCS를 도입하도록 규제대상이 되면, 조금은 이득을 볼 수 있는 유리한 위치에 서게 될 것입니다. 결국 이후에, 향후 20년 동안 두 개의 석탄 발전소가 배출량을 줄이기 위해 CCS 장치를 성공적으로 구축하게 됩니다. 한 곳은 석유 회사 Shell의 지원을 받았지만, 두 경우 모두, 잘 알려지지 않은 소규모 석유 회사들이 이산화탄소를 매립 기술을 적용했습니다.
프리드먼은 화석 연료 업계에서 벌어지는 이러한 논쟁을 실망스럽게 지켜보면서 '청정 에너지 전환을 가속화하고 싶지만, 향후 50년 동안 화석 연료가 없는 세상이 올 것 같지는 않다'고 말합니다.
한 가지 이유는, 화석 연료가 매우 저렴하기 때문입니다. 유가 변동을 고려하더라도 1리터의 원유를 구입하는 것이 다이어트 콜라 1리터보다 저렴합니다. 석탄은 여전히 더 저렴합니다. 석유와 석탄은 운송하기 쉽고, 이 고밀도 자원에서 에너지를 추출할 수 있는 방대한 기존 인프라가 있습니다. 하지만 프리드먼은 배출량을 줄이지 않고 화석 연료를 계속 사용한다면 모든 기후 목표치를 초과하고 피할 수 있는 재앙을 불러올 수 있다는 것을 잘 알고 있었습니다.
2013년에 그는 기회를 얻었고 대규모 CCS 플랜트 건설에 필요한 것이 무엇인지 뼈저리게 배웠습니다. 미국 에너지부(DOE)의 화석 에너지 사무소는 그를 수석 부차관보로 채용했고, 연간 예산이 6억 달러에 달하는 직책이 주어졌습니다.10
DOE는 전 세계에 영향을 미치는 과학 기술을 형성하는 조용하고 혁신적인 힘이라고 할 수 있습니다. 우주선용 배터리를 만들고, MRI 스캐너 개발을 지원하여 의학 연구를 발전시켰으며, 주기율표의 8가지 원소를 발견했습니다. 한때 기후 변화를 사기라고 불렀던 도널드 트럼프 대통령 아래에서도, DOE는 신기술 개발을 위한 자금을 계속 지원했습니다. 에너지부의 연간 예산은 보통 300억 달러가 넘으며, 리튬 이온 배터리부터 CCS에 이르는 첨단 기술을 지원하기 위해 막대한 액수가 투입됩니다.11 에너지부는 미국의 비밀 국립 연구소의 최고 과학자들에게 자금을 지원하고, 민간 기업이 상업 투자자에게는 너무 위험한 기술을 도입하도록 보조금을 지급합니다.
프리드먼은 자신의 경력 전체를 활용할 수 있는 기회를 얻었습니다. 엑손모빌에서 일하면서 그는 석유 회사가 배출 가스에 대해 어떻게 생각하는지 알 수 있었습니다. 메릴랜드 대학 칼리지 파크에서 연구원으로 일한 후 캘리포니아의 로렌스 리버모어 국립연구소에서 일하면서 그는 CCS 기술을 이해하는 전문가가 되었습니다. DOE의 제안을 받았을 때, 그는 정부의 개입 없이는 CCS를 확장할 방법이 없다는 것을 알고 있었기 때문에 이를 수락했습니다.
프리드먼의 주요 임무는 8개의 대규모 탄소 포집 프로젝트를 건설하거나 최소한 시작하도록 하는 것이었습니다. 전 세계에서 가장 시도하기 좋은 곳은 단연 미국이었습니다. 결국, 미국의 자국 석유 산업은 생산량을 늘리기 위해 유전에 이산화탄소를 주입하는 방법을 발명하고 숙달했습니다. 이 과정에서 미국은 이 기술을 적용할 사람들을 교육하고 이산화탄소를 장거리로 운반하는 파이프라인과 같은 인프라에 투자하여 향후 프로젝트를 위한 토대를 마련했습니다.
프리드먼이 참여한 프로젝트 중 하나는 성공, 다른 하나는 실패했고, 그 두 프로젝트는 그가 CCS 기술을 확장하는 데 배운 것을 보여주는 좋은 창입니다.
실패부터 시작하겠습니다. 2000년대 초반, 천연가스 가격이 높고 재생에너지 비용이 매우 비쌌을 때만 해도 전력 생산을 위한 석탄 사용이 계속 늘어날 것이 거의 확실해 보였습니다. DOE는 처음부터 탄소 포집 기능이 내장된 새로운 유형의 석탄 발전소에 자금을 지원하고자 했습니다. 이것이 바로 켐퍼 프로젝트를 시작하게 된 이유입니다.
미시시피의 상록수림 속에서 DOE는 석탄을 온실가스 영향을 줄이면서 합성 가스로 전환하는 독특한 발전소 건설을 지원할 예정입니다. 이 과정에는 산소와 증기가 있는 챔버에서 석탄을 매우 높은 온도로 가열하게 됩니다. 이렇게 하면 석탄을 부분 연소시키면서 분자 수준까지 분해하여 일산화탄소, 수소, 이산화탄소의 세 가지 가스가 혼합된 가스를 생성합니다. 이론상으로는 이산화탄소를 포집하여 유전으로 운반한 후 땅속으로 주입하여 추출량을 늘릴 수도 있습니다. 합성 가스라고 불리는 일산화탄소와 수소의 혼합물은 천연 가스처럼 발전소에서 연소시켜서 전기를 생산할 수 있습니다.
수년간의 계획과 비용 추정치의 수정 끝에 2010년, 여러 주의 가스 및 전기 유틸리티인 Southern Company는 이 발전소를 2014년까지 가동할 것이며 건설에 24억 달러가 소요될 것이라고 발표했습니다. 더 중요한 것은 이 발전소가 매년 350만 톤의 이산화탄소를 포집할 수 있고(자동차 100만 대를 도로에서 퇴출시키는 것과 같은 효과), 약 600MW의 전력(50만 가구에 공급할 수 있는 양)을 생산할 수 있다는 점입니다.12
그러나 그때부터 이 프로젝트는 논란에 휩싸였습니다. 비가 너무 많이 내려 일정이 지연되고, 건설 과정의 다른 단계가 보류되면서 전체 비용이 수억 달러 증가하는 등 예기치 못한 차질을 겪었습니다. 이 기술은 숙달하기가 너무 까다로워서 더 많은 지연과 비용 초과가 발생했습니다. 그리고 마침내 이 회사는 규제 당국에 실패를 숨겼다는 의혹을 비롯한 일련의 경영 스캔들에 시달렸고, 이러한 실패로 인한 비용이 미시시피주에서 전기 요금을 내는 소비자들에게 몰래 전가되었다는 집단 소송을 비롯한 대중의 반발에 직면하게 되었습니다.13
켐퍼 프로젝트는 결국 재앙으로 끝났습니다. 비용은 75억 달러로 급증했고 2017년이 되었는데도, 발전소는 완전히 가동ㅎ 못했습니다. 그 무렵 천연가스 가격은 급격히 하락했고, 켐퍼 발전소는 석탄과 CO₂ 포집 계획을 포기하고 대신 CCS 없이 천연가스를 연소하기 시작했습니다.14
프로젝트의 문제점이 드러나기 시작할 무렵 DOE에 부임한 프리드만은 수십억 달러 규모의 프로젝트를 관리하는 것을 오케스트라 공연에 비유합니다 (그는 교향악단 지휘자와 결혼했습니다). "엄청나게 높은 성공률이 필요합니다."라고 그는 말합니다. "교향곡의 음표 중 1%만 틀려도 청중은 끔찍하다고 느낄 것입니다.
관리 스캔들 같은것들을 DOE와 같은 자금 지원 기관이 통제할 수 있는 것은 아니지만, 난이도가 높은 기술 적용 실패는 흔히 있는 일입니다. 실험실이나 소규모 테스트 플랜트에서 작동하는 기술이, 대규모로 확장했을 때 항상 제대로 작동하라는 법이 없습니다. 그렇기 때문에 프리드만은 실패한 이 프로젝트에 투자된 공적 자금이, 그만한 가치가 있다고 말합니다. 사람들은 "정부에서 2억 달러를 지원받았잖아요. 쉬워야죠."라고 그는 말합니다. '아니요, 이건 문샷(달 탐사선 발사)과도 같습니다. 그리고 때때로 문샷은 실패하죠. DOE는 여러 가지 새로운 아이디어에 자금을 지원하고 일부는 실패할 것을 충분히 예상하면서 위험을 감수하도록 설정되어 있습니다. 지금부터 살펴보겠지만, 알려진 기술을 사용하면 작업이 더 쉬워집니다.
텍사스주 휴스턴에서 남서쪽으로 약 1시간 거리에 있는 축구 경기장 3,000개 이상을 덮을 수 있는 면적에 워싱턴 패리쉬 발전소가 자리하고 있습니다. 다른 두 개보다 더 높은 4개의 굴뚝이 50년 동안 서서히 용량을 확장해온 발전소의 역사를 암시합니다. 천연가스 연소 4개와 석탄 연소 4개 등 총 8개의 발전기를 통해 3,700MW의 전력을 생산할 수 있으며, 이는 300만 가구 이상에 전력을 공급할 수 있는 양입니다. 발전소의 규모가 워낙 커서 북쪽 와이오밍 주에서 정기적으로 15,000톤 이상의 석탄을 가져오는 자체 기차 노선도 있습니다.15
제가 이 거대한 공장을 방문했던 2017년 9월은 전형적인 텍사스의 화창한 날이었습니다. 견학하는 내내 전체 단지 면적의 거의 절반을 덮고 있는 석탄 언덕을 볼 수 있었습니다. 냉각탑에서 증기가 뿜어져 나오는 발전소를 멀리서 본 적은 있어도 내부에서 볼 기회는 없었던 것 같습니다. 이 경험을 통해, 집에서 스위치만 누르면 사용할 수 있는 일상의 필수 가전에 대한 새로운 인식을 갖게 되었습니다.
그해 초, 페트라 노바('새로운 바위'라는 뜻의 라틴어)라는 탄소 포집 프로젝트가 가동을 시작하여 CCS 기술이 적용된 겨우 두 번째 석탄 발전소가 되었습니다. 포집할 수 있는 CO2의 양이 어마어마해서, 이 발전소는 동종 최대 규모의 CCS 플랜트가 되었습니다. 미국 에너지 회사 NRG는 일본 석유 회사 JX Nippon과 협력하여 이 발전소를 운영했습니다. (캐나다의 SaskPower가 운영하는 바운더리 댐이라는 이름의 첫 번째 플랜트는 2014년에 탄소 포집 작업을 시작했습니다.)
"페트라 노바는 석탄을 연소시켜 배출가스를 발생시키고, 배기가스에서 이산화탄소를 분리하고, 그 이산화탄소를 액체로 압축하여 파이프라인을 통해 운송하고, 마지막으로 노후화된 웨스트 랜치 유전에 주입하는 등 사실상 5개의 프로젝트가 하나로 합쳐진 것입니다."라고 NRG 대변인 David Knox는 투어 중 저에게 설명했습니다.
이 발전소 건설에는 약 10억 달러(이 중 1억 9,000만 달러는 프리드먼의 DOE 예산으로 충당)가 소요되었으며, 매년 160만 톤의 이산화탄소를 포집하여 매립할 수 있습니다. 확실히 CCS는 4개의 석탄 발전소 중 하나에만 설치되었으며, 발전소 전체 이산화탄소 배출량의 10분의 1도 채 되지 않습니다.16
하지만 켐퍼와 달리 페트라 노바는 제시간에 예산에 맞춰서 건설되었습니다. 그 이유는, 공정의 다섯 단계 각각이 석유 및 가스 업계에서 이미 익숙해진 기술에 의존했기 때문입니다. 이러한 기술을 조합하고, 자금을 조달하고, 모든 허가를 받은 다음 건설하는 것은 새로운 기술을 개발하는 것보다 훨씬 쉬운 일이었습니다.
이 모든 일은, 시장 상황이 급변하면서 프로젝트의 실행 가능성을 위협하는 시기를 지나 왔습니다. 페트라 노바 계획이 시작되던 2010년대 초에는 유가가 급등하고 있었습니다. 발전소에서 약 80마일 떨어진 웨스트 랜치 유전은 1970년 2,000달러에서 지금은 하루에 약 300배럴의 석유만 생산하고 있었습니다. 이론상으로는 페트라 노바에서 포집한 CO2를 유전으로 보내면 생산량을 하루 4,000배럴로 늘릴 수 있습니다. CO2 포집 비용을 고려하면 유가가 배럴당 60달러 정도만 유지된다면 이 프로젝트는 손익분기점을 넘길 수 있습니다. 유가가 배럴당 120달러인 상황에서 이는 쉬운 일이 아니었습니다.17
하지만 프로젝트 공사가 시작되자마자 유가가 폭락했습니다. 시장이 수요와 공급의 역학 관계를 제대로 맞추지 못해서, 한때 배럴당 40달러까지 가격이 떨어졌습니다.
프리드먼은 NRG의 데이비드 그리슨과 교육부 장관 어니스트 모니즈처럼 힘든 시기를 버텨낸 몇몇 끈질긴 사람들이 없었다면 페트라 노바가 추락 사고에서 살아남지 못했을 것이라고 생각합니다. "엉덩이를 의자에 붙여 두는게 중요합니다."라고 그는 말합니다. '회사 내부에 훌륭한 프로젝트 관리자가 있는것도 중요합니다'.
예를 들어, 이 프로젝트는 일본의 거대 기업인 미쓰비시 중공업을 고용하여 발전소의 포집 공정을 건설했습니다. 이 회사는 이 프로젝트에 참여할 수 있도록 일본 은행의 대출이 필요했습니다. DOE 고위 관계자들은 일본 은행장들에게 연락하여 미국이 이 프로젝트를 우선 순위로 고려하고 있음을 확인했습니다. 이는 프로젝트의 미국 파트너인 NRG가 미국 정부의 지원을 받고 있다는 것을 은행들에게 확신시키기 위한 방법이었습니다. 프리드만은 '팀 스포츠'라고 말합니다. '모두가 현장에 있어야 합니다. 실질적인 기후 문제는 어느 한 부문만으로는 해결할 수 없습니다.
하지만 기후 문제 해결을 위해 유가에만 의존할 수는 없습니다. 코로나19 팬데믹이 닥쳤을 때 유가는 배럴당 70달러에서 20달러 미만으로 급격히 떨어졌습니다. 회복되기는 했지만 2020년 평균 가격은 50달러 미만이었습니다. 이는 NRG가 페트라 노바 프로젝트를 중단해야 한다는 것을 의미했습니다. 전 세계는 석유로 넘쳐났고, 유가가 회복될 때까지, 이산화탄소를 굳이 포집해서 더 많은 석유를 생산는건, 재정적 인센티브가 없었기 때문입니다.
비평가들은 이 소식을 접한 후 CCS의 또 다른 실패를 지적했습니다. 프리드만은 이 프로젝트의 기술적 성공은 변색되지 않았다고 주장하지만, 이 기술을 가장 필요로 하고 가장 많은 혜택을 누릴 수 있는 산업이 이 기술을 구축하는 데 전념하지 않는다는 것은 분명 CCS의 이미지에 도움이 되지 않습니다. 2023년 유가가 회복된 후 JX Nippon은 프로젝트를 재개할 것이라고 밝혔습니다.18 유가가 프로젝트 시작과 중단 결정의 주요 이유 중 하나라는 점은, 옹호하는 사람들마저 CCS의 경제성이 아직 확장할 만큼 매력적이지 않다고 말하는 이유이기도 합니다.
경제학자에게 기후 변화에 대처하는 최선의 방법을 묻는다면 탄소 가격을 책정해야 한다는 대답을 들을 가능성이 높습니다. 이산화탄소가 해를 끼치면 누군가는 그 대가를 치러야 한다는 생각입니다. 현재로서는 이러한 부담이 불균등하게 분배되어 있으며, 가장 많은 이산화탄소를 대기 중으로 배출하는 사람이나 조직에 항상 되돌아가는 것은 아닙니다. 2008년 사이클론 나르기스로 인해 미얀마에서는 10만 명이 넘는 사람들이 사망했습니다. 벵골만의 비정상적으로 따뜻한 바닷물이 기후 변화가 없었더라면 사이클론을 훨씬 더 악화시킨 것으로 밝혀졌습니다.
경제학자들은 이러한 손해를 '부정적 외부효과'라고 부르는데, 이는 누군가의 행동으로 인해 자신이 부담하지 않는 비용입니다. 시장이 효율적으로 작동하려면 외부효과가 '가격화', 즉 피해를 유발하는 행위자가 그에 대한 대가를 지불해야 한다는 것이 필수적입니다. 이것이 바로 런던 정경대학의 경제학자 니콜라스 스턴 교수가 기후 변화가 세계 역사상 가장 큰 시장 실패의 결과라고 말하는 이유 중 하나입니다.19
외부효과의 적정 가격을 산정하는 것은 간단해 보이지만, 이 문제를 해결하고 이 분야를 발전시킨 공로로 2018년 노벨 경제학상을 수상한 예일대학교 경제학자 윌리엄 노드하우스가 수상할 정도로 매우 복잡한 문제입니다.20 기후 변화의 경우, 이산화탄소 1톤이 얼마나 많은 온난화를 유발하는지 이해하는 것부터 온난화가 언제 피해를 초래할지 예측하고 미래의 불확실한 시기에 발생할 피해의 비용을 측정하는 등 인과관계의 모든 단계에 어려움이 존재합니다. 이러한 어려움에도 불구하고 탄소 가격의 대략적인 추정치는 정책이 성공할 수 있는 방법을 보여줍니다.
탄소세는 다양한 형태로 부과될 수 있습니다. 탄소세는 일반적으로 오염원이 이산화탄소 1톤을 배출할 때 지불해야 하는 정액 요금입니다. 예를 들어, 노르웨이의 에퀴노르는 1991년 노르웨이가 도입한 막대한 탄소세에 대응하기 위해 CCS 프로젝트를 건설했는데, 그렇지 않았을 때 지불해야 할 세금보다 CCS에 투자하는 비용이 더 적었습니다.21
직접 탄소세의 대안으로 정부가 기업에 일정량의 이산화탄소를 무상으로 배출하도록 허용하되 상한선을 초과하는 기업은 탄소 시장에서 배출권을 구매하고, 상한선 이하인 기업은 같은 시장에서 배출권을 판매할 수 있도록 하는 배출권 거래제를 도입할 수 도 있습니다. 상한선은 기후 목표에 따라 서서히 낮아집니다. 배출권 거래제(ETS)라고도 불리는 이러한 시장이 있기 때문에 유럽은 탄소 배출량을 가장 잘 감축할 수 있는 대륙이 되었습니다.
두 제도를 결합하는 것도 가능합니다. 영국은 유럽 연합의 일원이었을 때 유럽 대륙의 ETS에 참여하면서 탄소세도 추가로 부과했습니다. 그 결과 석탄은 천연가스보다 연소 비용이 훨씬 더 비쌌고, 석탄은 가스보다 기후 오염을 거의 두 배나 더 많이 발생시켰기 때문입니다. 이제 영국은 석탄 발전소를 완전히 없애기 직전입니다 (2024년 10월에 모두 문을 닫았습니다).22
수학적 계산에도 불구하고 탄소 가격은 정치의 골칫거리였습니다. 시도했던 대부분의 국가는 정책을 통과시키는 데 어려움을 겪었습니다. 2009년 미국에서 배출권 거래제를 도입하려는 왁스만-마키 법안은 충분한 지지를 얻지 못했습니다.23 2014년 호주에서는 정권이 바뀌면서 불과 2년 전에 도입된 탄소세가 폐지되었습니다.24 2019년 캐나다 총리는 재선에 성공했는데, 그의 탄소 오염 과세 정책은 야당의 최대 공격 포인트 중 하나였습니다.25 영미권 밖에서도 간접 탄소세인 연료세 인상은 2018년 프랑스의 노란 조끼 시위에서 볼 수 있듯이 종종 정치적 반란으로 이어집니다.26
프리드먼의 견해는, 명시적인 탄소 가격이 도움이 될 수 있지만, 다른 정책도 CCS를 활성화할 수 있다는 것입니다. 태양광과 풍력에 대한 세금 공제 및 목표 할당량(4장 및 9장 참조)은 태양광과 풍력 발전의 보급을 늘리는 데 도움이 되었습니다. 전기 자동차 판매(3장)에서도 같은 일이 일어나고 있는데, 현재 많은 국가에서 직접 보조금을 지급하고 자동차 제조업체에 명확한 목표를 설정하고 있습니다. 이 중 어떤 방법이든 CCS에도 적용할 수 있습니다.
미국 최대 규모의 기후 법안인 2022년 인플레이션 저감 법안에서는 포집하여 지하에 매몰하는 CO2 1톤당 최대 85달러를 지급하는 등 CCS 기술에 대한 인센티브를 늘렸습니다.27 미국 정부가 CCS 도입에 제공하는 보조금을 인상한 것은 이번이 세 번째인데, 아마도 세 번째는 럭키 였던 것 같습니다.
CCS와 다른 친환경 기술에는 근본적인 차이가 있습니다. 태양광의 경우, 동일한 유형의 태양광 패널을 수백만, 수십억 개 만드는 것이 목표입니다. 생산 단위를 늘릴 때마다 엔지니어가 생산성을 향상시키는 방법을 배우면서 기술이 조금씩 더 저렴해지는 데 도움이 됩니다. CCS 플랜트는 모듈식이 아닙니다. 처음부터 새로 건설하든 기존 굴뚝에 개조하든 관계없이 각 CCS 플랜트는 규모가 너무 커서 결국 맞춤형으로 건설됩니다. 즉, 기술이 확장되더라도 다른 기후 기술과 같은 비용 감소를 기대하기는 어렵습니다.
다른 방법이 없다면 원자력 발전이 있습니다(말장난 하자는 말은 아닙니다.). 석탄 발전소의 경우, 황과 수은 배출을 줄여야 한다는 의무로 인해, 유틸리티의 배기가스에서 이러한 유해한 오염 물질을 배출 방지 시설을 설치해야 했습니다. 프리드만은 "유황 가격이나 수은 가격이 없었던 시절이었습니다."라고 말합니다. "정부는 더 이상 배출하면 안 된다고만 했죠. 그게 정책적 지원이었죠. 이산화탄소도 마찬가지입니다."
정치의 어려움은 선거가 있을 때마다 이념의 변화가 정책 변화로 이어질 위험이 크다는 점입니다. 이러한 불확실성은 새로운 기술이나 비즈니스의 발전에 도움이 되지 않습니다.
정파를 초월해 대중의 지지를 받는 정책은 선거가 바뀌어도 살아남을 가능성이 높습니다. 프리드먼은 20년 가까이 CCS를 연구했음에도 불구하고 여전히 대중의 폭넓은 수용이 부족하다는 결론에 도달했습니다. "CCS는 새로운 것이 아닙니다. 단지 배출량이 없을 뿐입니다."라고 프리드만은 말합니다. "CCS는 목표를 달성하는 것이 아니라 부담을 가중시킨다는 인식이 있습니다. 이는 바뀌어야 합니다.
컬럼비아 대학교의 지구과학 교수인 피터 켈레멘은 제가 들어본 CCS에 대한 최고의 사례를 만들었습니다.28
켈레멘은 1820년경에 런던이 세계에서 가장 크고 가장 중요한 도시가 되었다고 말합니다. 단순히 영국의 수도일 뿐만 아니라 대영제국의 통치자들이 전 세계 인구의 거의 절반을 통제하는 곳이었죠. 하지만 런던은 중앙 하수도 시스템이 없는 등 어떤 면에서는 여전히 낙후된 도시였습니다. 켈레멘은 2017년 컬럼비아 글로벌 에너지 서밋에서 청중에게 '가난한 사람들은 쓰레기를 길거리에 버렸다'고 말했습니다. '부유한 사람이라면 하수구로 보내는 파이프를 썼죠."
현재 역학의 아버지로 불리는 영국의 의사 존 스노우는 1800년대 중반에 연구를 진행하여 19세기 전반 런던에서 3만 명 이상이 사망한 콜레라 발병과 하수구 사이의 연관성을 밝혀냈습니다. 설상가상으로 대부분의 배설물은 결국 템즈 강으로 흘러들어갔습니다. 찰스 디킨스는 1857년 친구에게 보낸 편지에서 '나는 그 냄새를 짧게 맡았는데도, 그 악취가 두통과 복통의 원인이라는 것을 증명할 수 있다'고 썼습니다.
'그러던 중 1858년 비가 내리지 않는 여름이 찾아왔고 켈레멘은 계속했습니다. 템즈강은 말라버렸고 악취는 더욱 심해졌습니다. 이를 대악취라고 불렀죠. 빅토리아 여왕과 왕실은 런던을 떠났고 국회의원들은 옥스퍼드로의 이주를 논의했습니다. 다행히도 그 이후 이 땅에 살았던 사람들은 떠나지 않고 무언가를 하기 위한 법안을 통과시켰습니다. '그들은 세계에서 가장 큰 도시의 모든 큰 도로를 파헤치고 향후 10년에 걸쳐 중앙 하수도를 설치했습니다."라고 켈레멘은 말합니다. '당시에는 GDP의 약 2%의 비용이 들었고, 지금도 하수도를 유지하는 데 GDP의 약 1%가 소요됩니다. 그만한 가치가 있는지 아무도 의문을 제기할 수 없었습니다.
"사람들이 [이산화탄소를 공중에 버리는 것이] 길거리에 똥을 버리는 것과 같다는 생각을 갖기 전까지는, 그 비용을 내려고 하지 않을 것입니다."라고 그는 말했습니다. 다시 말해, 전 세계 GDP의 2%만 투자해도 이산화탄소 문제를 해결할 수 있습니다. 국제통화기금(IMF)의 연구에 따르면 기후 변화가 없었다면 2100년의 GDP는 7% 더 높아질 수 있다고 합니다.29 이는 기후 변화로 인한 피해가 예방 비용보다 훨씬 더 크다는 것을 의미합니다.
이렇게 생각하면 기후 자본주의는 경제적 상식으로 여겨지는 것을 기반으로, 세상을 조정하는 것입니다. 탄소 배출량을 줄이는 것은 어려운 일이지만, 경제적으로도 충분히 실현 가능한 일입니다. 정부 정책은 자본을 적절한 곳으로 유도하는 데 큰 역할을 하지만, 새로운 정책은 잘못될 수 있는 실험이라는 점을 기억할 필요가 있습니다. 가장 중요한 것은 이러한 실패로부터 잘 배우는 것입니다.
제가 프리드먼을 처음 알게 된 것은 그가 DOE를 떠난 지 1년 후인 2017년에였습니다. 그는 새로운 CCS 프로젝트를 추진할 수 있는 기회를 얻게 되어 기뻤지만, 만족하지는 못했습니다. 매년 전 세계 탄소 배출량은 증가하고 있었기 때문입니다. "우리는 기후 목표 달성에 가까워지지 않고 있습니다."라고 그는 아쉬워했습니다. "재생에너지 분야에서는 진전을 보이고 있지만 CCS 분야에서는 진전이 없습니다."
우리는 수년 동안 계속 연락을 취해왔고, 세계는 여전히 기후 목표를 달성하는 데 필요한 만큼의 CCS 플랜트를 건설하지 못하고 있지만 프리드먼은 약간의 진전이 있었다는 사실에 만족하고 있습니다. 놀랍게도 트럼프 정부 하에서 미국 정부는 CCS 구축을 지원하기 위한 세금 공제 법안을 통과시켰으며, 이는 의회에서 초당적인 지지를 받고 있습니다. 대서양 건너편에서는 2020년에 영국과 노르웨이가 10년 이내에 건설될 새로운 CCS 프로젝트에 대한 인상적인 자금을 발표했습니다. 유럽연합의 그린 딜에 따라 유럽 연합의 배출권 거래제에서 탄소 가격이 상승할 것으로 예상되며, 이는 CCS 프로젝트의 성공에 도움이 되는 비즈니스 모델을 지원하는 데 도움이 될 것입니다.
또한 2020년에 거의 모든 주요 유럽 석유 회사들은 2050년까지 순배출 제로를 달성하겠다는 목표를 세웠습니다.30 이러한 목표를 달성하려면 석유 및 가스 생산을 줄이는 것뿐만 아니라 재생에너지뿐만 아니라 CCS와 같은 청정 기술에도 투자해야 합니다. 프리드먼은 탄소 포집을 포함한 탄소 관리가 기후 문제에 대한 중요한 해결책이라는 신념을 갖고 있습니다. 그래서 그는 컬럼비아에서 근무한 후 탄소 관리 솔루션을 개발하는 스타트업 Carbon Direct에 합류했습니다.
노르웨이에 건설 중인 CCS 플랜트는 정부와 석유 회사가 협력하면 어떤 혁신을 이룰 수 있는지 보여주는 모범적인 모델입니다. 오로라 프로젝트는 수도 오슬로 인근의 시멘트 공장에서 배출되는 이산화탄소를 포집한 다음 압축하여 선박에 싣고 북쪽으로 이동하여 해상으로 파이프를 연결하여 지하에 주입할 계획입니다. 결정적으로, 가스는 Shell, Total, Equinor와 같은 석유 회사가 운영하는 선박으로 운송할 수 있기 때문에 다른 국가들이 노르웨이에 돈을 지불하고 탄소 폐기물을 운반하여 노르웨이의 저장소에 저장할 수 있는 기회를 보고 있습니다.
"기후 변화에 관심이 있다면 기후 수학에 관심을 가져야 합니다."라고 프리드만은 말합니다. 인류가 수십 년 동안 배출량을 줄이는 일을 미뤄왔기 때문에 CCS 없이는 이 수학을 제대로 작동시킬 방법이 없습니다. 사실, 지구 기후 목표를 달성하려면 대기 중에 버려지는 이산화탄소를 일부라도 줄여야 합니다.
프리드먼의 사례에서 알 수 있듯이 기존 산업을 변화시키는 것은 어려운 일입니다. 하지만 한 여성은 땅에서 탄소를 추출하는 데 의존하던 회사의 비즈니스 모델을 공기 중에서 탄소를 제거하여 지하 깊숙이 묻어버리는 방식으로 전환하여 바로 그 일을 시도하고 있습니다.
