수소제조시설에서 수소 제조시 블루수소 생산 기술의 온실가스 감축 방법론 개발을 위한 유사사례 분석 연구

국내외 블루수소 생산기술을 적용한 온실가스 감축 방법론은 존재하지 않는다. 따라서 세부 공정 단위로 유사 방법론을 벤치마크하여야 한다.

세부 공정은 크게 3단계로 구분할 수 있으며 1단계는 수소 생산 공정으로 CDM (Clean Development Mechanism)에 등록된 ‘수전해 기술을 활용한 수소생산 방법론’을 선정하여 조사하였다(United Nations Framework Convention on Climate Change, 2023).

2단계는 CO₂ 포집 및 수송 공정으로 미국 자발적탄소시장 프로그램인 ACR (American Carbon Registry)에 등록된 ‘이산화탄소 포집 및 저장 프로젝트’ 방법론을 선정하여 조사하였다(Amercian Carbon Registry, 2021).

3단계는 CO₂ 활용 공정으로 국내 외부사업과 CDM에 등록된 ‘제지공정에서 침강성탄산칼슘 제조과정의 미활용 CO₂ 이용과 에너지절감 사업의 방법론’, ‘무기화합물 생산 시 신재생에너지원의 CO₂로 광물 및 화석기원의 CO₂ 대체 방법론’, ‘CO₂ 생산 시 화석연료 사용을 대체하기 위해 산업시설의 테일가스에서 CO₂ 회수 방법론’을 선정하여 조사하였다(Ministry of Trade, Industry and Energy, 2022; United Nations Framework Convention on Climate Change, 2011, 2021).

선정된 방법론별 기술 개요 및 온실가스 감축원리는 Table 1과 같다.

Table 1.

List of similar methodology investigations

적용조건이란 제안된 방법론을 적용하기 위해 충족되어야 하는 조건을 의미한다. 유사 방법론의 적용조건은 신규 사업만 사업 추진 가능, 공정 과정의 소유권 명확화 필요, 요구되는 모니터링 수행 필요, 중복 수혜 이슈 제한 필요 등을 중점적으로 제시하고 있었다. 각 공정별 주요 적용조건은 Table 2와 같다.

Table 2.

Key applicability

유사 방법론의 적용조건을 기반으로 본 방법론에 적용할 수 있는 시사점은 다음과 같다. 먼저 블루수소 생산기술은 수소 제조‧CO₂ 포집 및 수송‧CO₂ 활용 등 다양한 공정 과정이 연계되므로 공정 과정의 명확한 소유권을 설정하여 사업경계 범위 이외의 온실가스 영향을 제외하여야 한다. 또한 할당대상업체 또는 관리업체의 조직경계 내에서 미활용 CO₂를 생산 및 포집 후 사용할 경우 온실가스 배출량 산정에서 제외함으로 이에 따른 중복 수혜 이슈에 대한 제한사항을 적용조건에 제시하여야 한다.

베이스라인 시나리오란 감축사업이 수행되지 않았을 때 실행될 소지가 가장 큰 준법적인 대안 시나리오를 의미한다. 사업경계란 베이스라인 배출원과 사업활동 배출원의 명확한 경계를 의미한다.

유사 방법론의 베이스라인 시나리오는 화석연료 기반 개질수소를 생산하는 공정, CO₂를 포집하는 공정, 기존 CO₂를 원료로 공급하여 제품을 생산하는 공정 등을 제시하고 있었다. 유사방법론의 사업경계는 사업 활동에 포함되는 모든 시설을 포함하는 물리적 범위와 모니터링 최소 기간을 설정하도록 하는 시간적 범위를 제시하고 있었다. 각 공정별 주요 베이스라인 시나리오 및 사업경계는 Table 3과 같다.

Table 3.

Key baseline methodology

유사 방법론 분석결과 블루수소 생산기술에 대한 베이스라인 시나리오로 블루수소 생산을 하지 않을 경우 석탄, 석유, 천연가스 등의 개질을 통해 수소를 생산하는 사업을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

사업경계에 대한 방법론 분석결과 물리적 경계는 사업활동에 포함되는 모든 시설 범위를 포함하여야 하며 시간적 경계는 「외부사업 타당성 평가 및 감축량 인증에 관한 지침」에서 규정하고 있는 사업시작일, 인증유효기간을 제시하여야 한다. 또한 온실가스 배출량 산정경계는 베이스라인 배출량 및 사업 배출량 산정에 포함되는 온실가스 배출원을 모두 포함해야 하는 것으로 분석되었다.

온실가스 산정 방법은 베이스라인 배출량, 사업 배출량, 누출량을 통해 산정한다. 베이스라인 배출량이란 베이스라인 시나리오 수행을 고려한 온실가스 배출량이며, 사업 배출량은 온실가스 감축사업을 수행하였을 때 발생한 온실가스 배출량을 의미한다. 누출량이란 사업경계 밖에서 온실가스 감축활동으로 인해 발생하는 온실가스 배출량을 의미한다.

유사 방법론의 온실가스 산정 방법은 배출계수 기본값 및 설비 성능표준을 활용하는 추정 방식과 배출량을 직접 측정하는 방식이 제시되고 있었다. 각 공정별 주요 온실가스 산정 방법은 Table 4와 같다.

Table 4.

Key GHG reduction calculation methodology

유사 방법론의 온실가스 산정 방법을 기반으로 본 방법론에 적용할 수 있는 시사점은 다음과 같다. 먼저 수소제조 공정에 대한 베이스라인 배출량은 CDM 방법론에서 제시하는 수소생산방식에 따른 기본값 배출계수를 활용할 수 있을 것으로 판단된다. CO₂ 포집 및 수송 공정의 베이스라인 배출량은 포집량 측정 및 설비 성능표준을 활용하여 산정 가능하며, CO₂ 활용의 경우 사업 수행 이후 모니터링되는 데이터를 활용하는 사후 베이스라인 배출량 산정법을 근거로 산정이 가능할 것으로 판단된다. 추가적으로 온실가스 감축량 산정시 모든 공정에서의 누출량을 고려하여야 한다.

모니터링 방법론은 모니터링 절차, 데이터 및 인자로 구성된다. 유사 방법론의 주요 모니터링 방법은 CDM Tool 활용, 측정기기를 통한 직접 측정, 구매 영수증 확인 등을 제시하고 있었다. 각 공정별 주요 모니터링 방법은 Table 5와 같다.

Table 5.

Key monitoring methodology

유사 방법론의 모니터링 방법을 기반으로 본 방법론에 적용할 수 있는 시사점은 다음과 같다. 모니터링 데이터 중 외부사업 지침에서 제시하고 있지 않은 모니터링 방법의 경우 CDM Tool을 참고하여 적용 가능할 것으로 판단된다. 모니터링 데이터의 QA/QC 관련하여서는 모니터링 계측기의 검교정주기를 제조업체 권장사항에 따라 제시하여야 한다. 또한 블루수소 생산 공정은 수소제조, CO₂ 포집 및 수송, CO₂ 활용 등 다양한 공정 과정이 연계되므로 모니터링 데이터별 측정 지점에 대한 명확한 안내가 필요하다. 마지막으로 CO₂ 활용의 경우에는 시장의 실제 수요에 의해서 생산된 제품이라는 것을 입증할 필요가 있다.

본 연구에서 분석된 베이스라인 시나리오에 적용가능한 온실가스 배출원은 수소제조, CO₂ 포집 및 수송, CO₂ 활용 측면으로 구분하였으며, 각 시나리오의 인정 가능성 분석 결과는 Table 6과 같다.

Table 6.

Baseline scenario implications

먼저 수소제조의 베이스라인 시나리오는 화석연료 개질을 통한 수소생산시 배출되는 온실가스 배출로, 유사 CDM 방법론 사례를 활용하여 화석연료 사용에 따른 수소 생산 배출계수를 적용하여 베이스라인 시나리오 산정이 가능하다.

CO₂ 포집 및 수송의 베이스라인 시나리오는 CO₂ 포집 장비가 없을 경우 대기로 배출되는 온실가스 배출로, 유사 CDM 방법론 사례를 활용하여 대기로 배출된 실제 측정량을 산정하는 방식과 포집 및 수송에 적용되는 설비의 성능 표준으로 산정하는 방식을 적용하여 베이스라인 시나리오 산정이 가능하다.

CO₂ 활용의 베이스라인 시나리오는 원료로 사용되는 CO₂로 인해 배출되는 온실가스 배출로, CO₂를 저장하지 않고 활용하는 경우 이산화탄소가 격리되거나 고정되지 않을 경우 시간이 경과한 후 CO₂가 재배출되는 것으로 인정받을 수 있으므로 CO₂ 활용에 대한 추가적인 CO₂ 배출이 없음을 증빙하여야 한다.

특히 CO₂ 활용은 CO₂ 포집 이후 온실가스가 명확하게 격리되거나 고정되지 않을 경우 시간이 경과함에 따라 CO₂ 재배출로 인해 감축량을 인정받을 수 없다. 다만 국내 배출권거래제에서는 이산화탄소 포집 및 이동에 대한 배출활동 관련 이동한 이산화탄소가 순수한 물질로 사용되거나 생산품, 원료로 사용 또는 결합되는 경우에 한하여 온실가스 배출량 산정에서 제외하고 있다. 또한 「이산화탄소 포집·수송·저장 및 활용에 관한 법률」에서 할당대상업체가 이산화탄소 활용을 위한 연구, 실험, 실증화 시설 및 사업장에 이산화탄소를 공급할 경우 공급량을 감안하여 배출량을 산정할 수 있도록 하고 있다. 본 방법론에서도 국내 배출권거래제 및 「이산화탄소 포집·수송·저장 및 활용에 관한 법률」 에서 제시하는 CO₂ 사용시설에서 CO₂가 활용될 경우에만 방법론을 사용할 수 있도록 하여 이에 대한 문제를 해결하고자 한다.

방법론의 온실가스 모니터링 기법은 국제적 기준으로 신뢰도 있는 방식으로 측정되어야 하며, 직접 측정하는 방식이 권장된다. 방법론 개발시 주요 모니터링 인자는 우선적으로 측정하고, 만약 측정할 수 없는 인자는 관련 통계자료, 연구자료, 유사 방법론 등이 존재하므로 보수적인 값으로 접근하여야 한다.

외부사업 방법론(안)으로는 사업 유형, 온실가스 감축 활동 유형, 방법론 적용조건, 중요 모니터링 인자, 베이스라인 시나리오, 사업 시나리오를 제시한다.

사업 유형은 기존 화석연료 기반 개질수소를 생산하는 공정에서 CO₂ 포집 기술을 적용하여 블루수소를 생산하는 사업으로 포집된 CO₂는 탄산음료용, 용접용 등으로 사용된다. 온실가스 감축 활동 유형은 국내 배출권거래제 승인대상 외부사업 분류에 따라 이산화탄소 포집 및 저장 또는 재이용이다.

주요 방법론 적용조건은 ① 포집된 이산화탄소는 「온실가스 배출권거래제의 배출량 보고 및 인증에 관한 지침」에서 인정되는 CO₂ 사용시설에서 활용되어야 하며, ② 「이산화탄소 포집·수송·저장 및 활용에 관한 법률」에 따라 이산화탄소 포집시설이 설치된 사업이고, ③ 블루수소 생산, 이산화탄소 포집, 수송 및 활용 사업자 등 사업 이해관계자간 온실가스 감축량 소유권이 명확한 사업이어야 한다.

특히 첫 번째 적용조건인 CO₂ 사용시설은 「온실가스 배출권거래제의 배출량 보고 및 인증에 관한 지침」[별표 6] 배출활동별 온실가스 배출량 등의 세부산정방법 및 기준 41. 이산화탄소 포집, 이동 저장 및 활용에서 제시하는 탄산음료용 CO₂ 사용, 드라이아이스용 CO₂ 사용 등 8가지 사용시설을 의미하며, 세부적인 사용시설은 Table 7과 같다(Ministry of Environment, 2024).

Table 7.

CO2 utilization facilities recognized in the guidance on emission reporting and certification of greenhouse gas emissions trading system

주요 방법론 적용불가조건은 ① 할당대상업체 또는 관리업체 조직경계 내에서 발생된 미활용 CO₂를 포집 및 사용하여 배출권거래제 명세서에 보고한 사업이며, ② 이산화탄소 포집 대상가스의 대기오염물질이 관련 법령에 따른 배출 허용기준을 초과하는 사업이다.

중요 모니터링 인자는 ① CO₂ 포집공정에서 화석연료, 외부열, 외부전기 사용량, ② CO₂ 수송공정 진입 전 CO₂ 포집량, ③ CO₂ 수송공정에서 화석연료, 외부전기 사용량, ④ CO₂ 활용시설 진입 전 이산화탄소 수송량 등이다.

베이스라인 시나리오는 화석연료 기반 개질수소를 생산하는 공정에서 발생하는 이산화탄소 배출로, 이산화탄소는 대기 중으로 배출된다. 사업 시나리오는 화석연료 기반 개질수소를 생산하는 공정에서 발생하는 이산화탄소를 습식 포집, 분리막 포집 등의 공정으로 포집하고 액화공정을 거쳐 액화탄산으로 활용하여 이산화탄소 배출을 저감하는 것이다.