[포럼] 탄소중립에도 열쇠 쥔 양자과학

정현희 한국연구재단 수석연구위원

요즘 지면을 달구는 기사 중의 하나가 탄소중립과 녹색경제, 그리고 이에 대한 국가 정책과 시민단체들의 목소리다. 모두 각자의 입장에서 중요한 목소리를 내는 것은 어쩔 수 없을 것이라 생각한다. 현재 국가에서는 탄소중립·녹색성장위원회를 중심으로 국가온실감축목표(NDC)를 달성하기 이산화탄소의 포집·저장·활용에 대한 다양한 방안을 검토중이다.

지구상의 기후변화 문제와 함께 항상 따라 다니는 이산화탄소 문제는 이제 개념적인 문제가 아니라 우리의 경제 활동을 제약하는 상황에까지 이르렀다. 이를 해결하지 않으면 더 이상의 자유로운 경제 활동을 보장 받을 수 없기 때문이다. 필자는 관련 위원회의 탄소중립 실현 관련 기술 제안 내용에 아쉬운 점이 있어서 보다 첨단적인 기술을 통해 폐쇄적인 탄소 활용의 탄소중립이 아니라 개방적인 탄소 활용의 탄소중립의 달성을 희망하며 다음과 같은 선순환 탄소 활용 또는 탄소 발생 제로 시스템의 포함을 제안하고자 한다.

우선, 폐플라스틱등을 포함한 가연성 물질의 처리에 대해 소형 IGCC(석탄을 고온·고압에서 가스화시켜 연료로 사용하는 청정석탄화력 발전기술) 기술을 활용하면 물질을 처리해 일산화탄소와 수소로 이루어진 합성가스를 만들 수 있다. 이를 연소해 발전을 하면 전력의 발생과 함께 이산화탄소와 물이 남게 된다. 물은 방출하고, 이산화탄소(CO2)는 쉽게 한 곳에 저장할 수가 있다. 저장된 이산화탄소는 촉매등을 통하여 일산화탄소(CO)와 산소로 분리가 가능하다.

다만 이 과정의 걸림돌은 고가의 촉매가 필요하다는 것이다. 관련 전문가에 의하면 현재 미국 등에서는 양자과학적인 수준에서 고가의 희유금속 파동을 연구하여 이 파동을 저가의 금속에 전사해 활용하는 방법이 연구되고 있다고 한다. 즉, 경제성 있는 이산화탄소의 분해가 가능하다는 것이다. 이 분해를 통해 발생된 일산화탄소는 우리 생활에 필요한 다른 화합물의 원료로 사용한 후 폐기물을 가스화하여 지속적으로 활용과 처리가 가능한 선순환적인 방법을 구현 할 수 있는 것이다.

다음은 우주선(cosmic rays)을 활용한 에너지 창출이다. 우주선은 우주에서 지구로 쏟아지는 높은 에너지를 지닌 각종 입자와 방사선 등을 총칭한다. 이것들 중 중성미자는 우리들 엄지 손톱 정도의 면적에 초당 약 600억개가 지나 간다고 한다. 초기에는 질량이 없다고 생각 하였으나, 이를 입증한 결과로 2015년 노벨상이 수여 되었다. 또한, 중성미자 연구 결과와 관련하여 총 4회의 노벨상 수여가 있었다. 이 중성미자를 이용한 발전기의 개발에 대해서는 본 칼럼에 게재(미래 달린 양자과학, 인재확보 시급하다, 2022년 5월 31일)한 바 있다. 이 발전기는 24시간 어떤 날씨에도 또한 중성미자가 지구의 반대편까지 뚫고 나간다는 강력한 침투력으로 심지어 아파트 지하층에서도 발전이 가능하고, 발전기 출력은 800x400x600mm 크기에서 약 5~6KW정도이다. 내년에 2개의 상업적 발전을 시작하며 그 중 하나는 스위스에 5~6KW의 소형 발전기 10만여 개가 공급된다. 다른 하나는 바로 우리나라에 연간 30GW용량 발전기가 2029년까지 완공될 예정이라고 한다. 또한 3년 내에 언제 어디서나 이 발전기에 의해 자동 충전이 가능한 전기차를 출시할 예정이며, 이러한 중성미자를 이용한 발전이 지구의 생명을 보전하는 유일한 길이라고 말하고 있다.

상기 두 제안에서 핵심이 되는 것은 양자과학기술(quantum technology)의 발전이다. 이산화탄소의 경제적 분해, 중성미자를 이용한 발전 등 미래에 고부가가치를 창출할 것으로 기대되는 양자과학기술은 현재 최첨단 산업분야에서 일부 이용되고 있으며, 향후 무한한 실용가능성으로 인해 연구와 산업화가 지속되고 있는 중이다. 우리나라의 탄소중립·녹색성장도 관련 기본계획 등에 선순환 탄소경제의 기반 하에 상기와 같은 양자과학기술을 포함한 로드맵이 포함돼 개방적이고 자유로운 탄소경제의 시대를 준비할 수 있도록 해야 한다. 관련 위원회와 함께 관련 혁신 기술의 민간 분야 활동도 기대해 본다.