BECCS 기반 탄소 제거 시스템의 정량적 최적화와 지속가능성 평가

인천과학예술영재학교 김지원, 손효림

Ⅰ. 서론

기후 변화는 인류가 직면한 가장 절박한 위기 중 하나다. 산업혁명 이후 화석연료 사용이 급격히 늘면서 대기 중 이산화탄소 농도는 약 280ppm에서 420ppm 이상으로 치솟았고, 지구 평균 기온 또한 약 1.2℃ 상승했다. 그 결과 해수면이 높아지고, 생태계는 위협받고 있으며, 식량 생산까지 불안정해지는 등 인류가 의지하던 환경 기반이 무너지고 있다.

국제사회는 이런 상황에 대응하기 위해 2015년 파리협정을 통해 산업화 이전 대비 지구 평균기온 상승을 1.5℃ 이하로 제한하겠다는 목표를 세웠다. 그러나 IPCC 제6차 평가보고서는 현재 각국이 시행 중인 감축 정책만으로는 이 목표를 달성하기 어렵다고 경고했다. 이미 배출된 탄소가 너무 많아 단순히 배출을 줄이는 것만으로는 충분하지 않기 때문이다. 이 때문에 최근 기후 대응 전략은 단순 감축에서 탄소 제거로 이동하고 있다.

탄소 제거 기술에는 해양 비료화, 직접공기포집, 광물탄산화 등 여러 방식이 존재하지만, 그중에서도 BECCS는 기술적 안정성과 대규모 적용 가능성을 함께 갖춘 대표 주자로 주목받고 있다. 이 기술은 바이오매스를 연료로 활용해 전기를 생산하면서 발생하는 CO₂를 대기로 내보내지 않고 포집해 지하에 저장하는 방식이다. 바이오매스가 성장 과정에서 흡수한 탄소를 다시 배출하지 않고 묻어버리는 셈이니, 이론적으로는 ‘마이너스 탄소 배출’도 가능하다는 이야기다.

하지만 현실은 그렇게 단순하지 않다. BECCS의 진짜 효율은 포집률 하나만으로 판단할 수 없다. 포집 장비를 작동시키는 데 드는 에너지, 연료의 생산과 운송 과정에서 발생하는 배출, 그리고 필요한 토지와 물 자원까지 모두 따져봐야 한다. 포집률이 높아질수록 이론상 감축량은 늘지만, 동시에 발전소의 순출력은 줄고 연료 사용량은 늘어날 수 있어, 오히려 순감축량은 감소하는 상황도 벌어진다. 결국 BECCS의 진짜 효과는 포집률을 단순히 올리는 것이 아니라, 감축 효과와 에너지 소모 간 균형이 맞는 ‘최적 지점’을 찾는 데 달려 있다.

게다가 BECCS는 기술적인 논의를 넘어서 사회적·환경적 논란도 안고 있다. 바이오매스를 대규모로 재배하려면 어마어마한 양의 토지와 물이 필요하고, 이는 식량 생산이나 생물다양성과 충돌할 가능성이 높다. IPCC에 따르면 전 세계 에너지 수요의 20%를 BECCS로 대체할 경우, 최대 5억 헥타르에 달하는 추가 농지가 필요할 수 있는데, 이는 현재 전 세계 경작지의 약 3분의 1에 해당하는 면적이다. 그럼에도 불구하고 BECCS가 여전히 유력한 탄소 제거 방안으로 거론되는 이유는, 기존 발전 인프라를 활용할 수 있고, 전력 생산과 탄소 감축을 동시에 달성할 수 있는 현실적인 기술이기 때문이다.

이 연구는 BECCS 시스템의 작동 구조와 탄소 흐름을 정량적으로 분석하고, 발전 효율과 포집 효율의 변화가 연간 순감축량에 어떤 영향을 주는지를 수치적으로 평가한다. 100MW급 발전소를 기준으로, 포집 효율, 에너지 손실, 공급망 배출 등 주요 변수들을 모델링해 최적의 감축 효율 구간을 찾아내고자 했다. 또한 BECCS 기술의 지속 가능성과 산업적 적용 가능성을 함께 고찰함으로써, BECCS가 실제 탄소중립 전략에 얼마나 기여할 수 있을지를 검토하고, 앞으로 기술과 정책이 나아가야 할 방향을 제시하는 데 목적이 있다.

Ⅱ. BECCS의 구조와 이론적 배경

BECCS는 바이오매스를 연료로 사용해 에너지를 생산하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 지하에 저장하는 기술이다. 이 방식은 단순한 탄소중립을 넘어, 대기 중 탄소를 순수하게 줄여주는 '탄소 음성'을 달성할 수 있는 대표적인 기술로 주목받고 있다. BECCS의 작동 원리는 언뜻 보기엔 단순하다. 하지만 실제 감축 효과를 따지려면 이야기가 복잡해진다. 단순히 이산화탄소를 포집하고 끝나는 게 아니라, 그 과정 전체, 즉 바이오매스의 재배, 수확, 운송부터 포집, 저장까지 모든 단계를 따져봐야 한다. 각 단계에서 사용되는 에너지와 발생하는 온실가스 배출을 함께 계산해야만 BECCS가 정말 효과적인지 판단할 수 있다. 결국 BECCS 시스템의 총 탄소 수지는 단순한 포집량이 아니라, 에너지를 투입하고 시스템을 돌리는 데 드는 모든 요소들을 포함한 정밀한 계산으로부터 나온다. 이 총 수지는 다음과 같은 방식으로 수식화된다:

[eqn: R_ {n e t} = C_{ca p tured} - E _{s u p p l y}]

여기서 [eqn: R_{ n e t}]은 순감축량, [eqn: C_{c a p t u re d }]는 포집된 CO₂의 양, [eqn: E_{ s u p p l y }]는 재배–운송–포집 과정에서 발생하는 공급망 전 과정 배출량이다. 포집량은 포집 효율([eqn: eta_c])와 총 배출량([eqn: C_{emi tted}])의 곱으로 나타낼 수 있다.

[eqn: C _ {ca p tured} = eta _ c TIMES C _ emitted]

총 배출량은 발전소 용량 [eqn: P], 운전시간 [eqn: h], 발전효율 [eqn: eta _p], 바이오매스의 저위발열량 [eqn: LHV], 탄소함량 [eqn: f_C]를 이용해 다음과 같이 계산된다.

[eqn: C_emitted = {P TIMES h} over{eta_p times LHV} times f_C times {44} over {12}]

이와 같이 BECCS의 효율은 포집율뿐만 아니라 공급망의 에너지 효율과 연료 특성에 의해 좌우된다.

1. 억새 기반 100MW급 BECCS 발전소의 순감축량 계산

본 연구에서는 100MW급 BECCS 발전소를 대상으로, 에너지 작물인 억새(Miscanthus)를 사용했을 때의 연간 이산화탄소 순감축량을 산출하였다. 억새는 높은 바이오매스 수확량(20t/ha·yr), 낮은 질소 요구량, 빠른 성장 속도를 가지며, 비옥하지 않은 토지에서도 재배가 가능하다는 점에서 대표적인 BECCS용 에너지 작물로 평가된다.

발전소의 연간 운전시간을 8,000시간, 발전 효율을 35%, 포집 효율을 90%로 설정하고, 억새의 저위발열량을 17MJ/kg, 탄소함량을 0.45로 가정하였다. 공급망 배출량은 재배, 수확, 운송, 포집 공정에서 발생하는 배출을 포함하여 약 0.3MtCO₂/yr로 설정하였다.

이를 바탕으로 계산하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

[eqn: C_emitted = {100 times 10^6 times 8000} over {0.35 times 16 times 10^6} times 0.45 times {44} over {12} APPROX rm 2.38MtCO_2 /yr]

[eqn: C_{c a p tured} = 0.90 times 2.38 = 2.14 rm Mt CO_2 / yr]

[eqn: R_{n e t} = 2.14 - 0.30 = 1.84 rm MtCO_2 / yr]

즉, 발전소는 연간 약 1.8MtCO₂의 순감축 효과를 달성할 수 있다. 포집 효율을 95%로 높이면 감축량은 약 1.93Mt으로 증가하지만, 포집 장비 구동에 필요한 추가 에너지 소모로 발전소의 순출력이 10~15% 감소한다.

이 결과는 BECCS 시스템에서 단순히 포집 효율이 높다고 해서 무조건 좋은 건 아니라는 점을 잘 보여준다. 효율이 높아질수록 포집되는 이산화탄소 양은 늘어나지만, 동시에 그만큼 에너지 소비도 크게 증가하면서 오히려 경제성이 떨어지고 전체 감축 효과는 줄어들 수 있다. 실제 모델 분석에 따르면, 가장 효율적인 포집 구간은 약 93~95% 사이에서 나타났다. 이 말은 곧, BECCS를 설계할 때는 기술적인 극대화를 목표로 하기보다는 시스템 전체에서의 균형, 즉, 감축 효과와 에너지 소비 간의 최적점을 찾는 것이 더 중요하다는 뜻이다.

2. BECCS 확산 시 지속가능성 확보를 위한 국제 표준 제안

BECCS는 대기 중 탄소를 줄이는 데 있어 매우 효과적인 기술이지만, 이를 대규모로 확산시키면 식량 생산이나 생태계 보전 측면에서 예상치 못한 부작용이 생길 수 있다. 바이오매스를 재배하려면 엄청난 양의 토지와 물이 필요하고, 재배 과정에서 토양 내 유기탄소가 감소하거나 비료 사용으로 인해 질소산화물 같은 온실가스가 추가로 배출될 가능성도 무시할 수 없다. 이런 이유로 BECCS의 진정한 지속가능성을 확보하려면, 국제적인 규범과 실제 현장에 적용할 수 있는 명확한 기준이 반드시 필요하다.

이 연구에서는 BECCS 확산에 앞서 지켜야 할 최소한의 지속가능성 기준을 다섯 가지 핵심 영역으로 나누어 제안했다: 토지, 생물다양성, 물, 탄소 회계, 정책 연계.

첫째, 토지 부문에서는 기존 산림을 농지로 전환하는 행위를 금지하고, 에너지 작물은 비옥하지 않은 토지에서만 재배하며, 농업·임업 부산물을 우선적으로 사용하는 원칙이 필요하다.

둘째, 생물다양성 부문에서는 보호구역은 물론 하천이나 습지 주변의 일정 구간(50~100m)을 바이오매스 재배지에서 제외하고, 토양 내 유기탄소가 줄어들지 않도록 하는 기준을 명확히 해야 한다.

셋째, 물 관리에 있어서는 해당 지역의 물 부족 지수를 고려해 관개 사용을 최소화하거나 아예 제한하고, 냉각수나 세척수 등은 가능한 한 재활용하는 계획을 세워야 한다.

넷째, 탄소 회계 측면에서는 바이오매스의 재배부터 가공, 운송, 저장에 이르기까지 전 과정에서 발생하는 탄소 배출량을 투명하게 공개하고, 이를 검증할 수 있는 외부 체계를 마련해야 한다.

마지막으로, 정책 연계 부문에서는 각국의 배출권 거래제(ETS)나 지속가능성 인증 제도와 BECCS 감축 실적을 연동해, 국제 탄소시장과의 연결 고리를 형성해야 한다.

이런 기준이 제대로 적용된다면 BECCS는 단순한 기술적 수단을 넘어, 국가 단위에서 실행 가능한 지속가능한 탄소 제거 전략으로 자리매김할 수 있다. 실제로 영국의 드랙스 발전소는 임업 폐기물을 연료로 활용해 공급망 전체의 탄소 배출을 약 12% 절감했고, 미국 일리노이 주의 ADM 시설은 농업 부산물을 재활용해 물 사용량을 무려 35% 줄이는 성과를 냈다. 이처럼 각 지역의 자원 여건과 환경 특성을 반영한 맞춤형 인증체계를 도입한다면, BECCS 확산과 생태계 보호를 동시에 달성하는 것도 충분히 가능하다.

3. 산업 부문에서의 BECCS 적용 전략

BECCS는 단순히 발전소에서만 쓰일 기술이 아니다. 산업 현장으로 적용 범위를 넓히면 그 효과는 훨씬 더 커질 수 있다. 특히 정유, 제지, 바이오에탄올 산업은 공정 특성상 이산화탄소 배출원이 뚜렷하고, 포집이나 열통합이 상대적으로 수월해 BECCS 도입에 유리한 조건을 갖추고 있다.

예를 들어, 정유공장은 정제 과정에서 발생하는 배출가스의 CO₂ 농도가 높고, 온도나 압력도 일정해 포집 효율이 높게 나온다. 여기에 정유 플랜트에서 나오는 폐열을 포집 장비에 다시 활용하면, 추가적인 에너지 손실도 줄일 수 있다. 제지 산업의 경우, 바이오보일러 공정에서 나오는 중저농도 CO₂(10~15%)를 포집할 수 있고, 공정 중 생기는 슬러지를 바이오연료로 재활용해 BECCS와 순환구조를 만들 수 있다.

가장 주목할 분야는 바이오에탄올 산업이다. 이 분야는 BECCS가 실제로 상용화될 가능성이 가장 높은데, 이유는 간단하다. 발효 공정에서 배출되는 CO₂는 농도가 99% 이상으로 매우 순도가 높기 때문에, 별다른 전처리 없이 바로 포집할 수 있고, 그만큼 비용도 낮다. 실제로 미국 일리노이 주의 ADM 프로젝트는 매년 100만 톤이 넘는 CO₂를 포집해 지하 2,000m 염수층에 저장하고 있으며, 이는 세계 최초의 상업용 BECCS 설비로 알려져 있다.

이런 사례들을 보면 앞으로 BECCS는 단일 발전소가 아니라 산업 간 연계된 'BECCS 네트워크'로 발전할 가능성이 크다. 산업별로 배출 특성(농도, 유량), 폐열 구조, 수송 경로, 저장 조건 등을 종합적으로 설계해 통합 BECCS 시스템을 구축하면, 산업 전반의 탄소 음성화를 실현할 수 있다. 이렇게 구축된 맞춤형 BECCS는 특정 산업에 국한되지 않고, 산업단지 단위의 분산형 인프라로 확장되면서 더욱 실질적인 감축 효과를 낼 수 있다.

4. BECCS 시스템에 대한 논의

BECCS는 에너지, 환경, 정책이 얽힌 복합적인 시스템이다. 효율을 높이는 기술적인 측면만큼이나, 사회적 수용성과 산업 확장성, 그리고 환경적 지속가능성이 조화를 이뤄야 제대로 작동할 수 있다. 앞서 억새 기반 BECCS를 정량적으로 모델링한 결과는, 포집 효율과 에너지 사용량 사이의 미묘한 균형이 얼마나 중요한지를 잘 보여준다. 지속가능성 기준 역시 BECCS가 사회적으로 받아들여지기 위한 정책 기반을 마련해주는 중요한 요소였다.

무엇보다도 산업별 적용 전략을 통해 BECCS는 단순한 발전 기술이 아니라, 우리 경제 전반을 탄소 음성 구조로 전환할 수 있는 유력한 수단임이 드러났다.

이러한 이론적 논의를 바탕으로, 다음 장에서는 파이썬을 활용한 수치 시뮬레이션을 통해 포집 효율 변화가 순감축량, 에너지 소비, 비용에 어떤 영향을 주는지 분석한다. 이를 통해 BECCS 시스템이 직면한 현실적인 한계와 기술적으로 가장 효율적인 조건을 도출해낸다.

Ⅲ. 분석 방법 및 파이썬 모델링

1. 분석 개요

BECCS의 탄소 제거 성능을 객관적으로 평가하기 위해, 이 연구에서는 포집 효율이 달라질 때 순감축량, 에너지 소비량, 발전소 순출력 간의 관계를 정량적으로 분석했다. 핵심은 이산화탄소를 많이 포집하는 것이 정말 '좋은 효율'인가, 아니면 그에 수반되는 에너지 손실을 고려할 때 최적 효율이 따로 존재하는가를 밝히는 것이다.

이를 위해 100MW급 BECCS 발전소를 모델링 대상으로 설정하고, 전체 에너지 투입량, 연료 특성, 포집 효율, 공급망 배출, 포집 과정에서 필요한 재생열과 압축전력 등의 변수를 조합하여 통합적인 에너지-탄소 모델을 구축했다. 이 모델을 통해 포집 효율이 높아질 때 실제로 감축 효과가 얼마나 늘고, 동시에 발전소 성능은 얼마나 떨어지는지를 수치적으로 따졌다.

일반적으로는 "포집 효율이 높을수록 탄소 감축 효과도 크다"고 생각하기 쉽지만, 현실은 다르다. 일정 수준을 넘어서면 포집 장비를 가동하는 데 들어가는 재생열과 압축전력이 급격히 늘어나기 때문에, 발전소의 순출력은 줄고 경제성도 떨어진다. 그래서 이 연구에서는 포집 효율과 에너지 소비 간의 관계를 시뮬레이션을 통해 연속적으로 계산하고, 그 균형점이 어디쯤 있는지를 찾아낸다.

2. 모델 구성 및 변수 설정

시뮬레이션의 기본 가정은 다음과 같다. 발전소는 100MW급 BECCS 플랜트를 기준으로 하고, 연간 8,000시간 가동된다. 발전 효율은 35%이며, 연료는 억새(Miscanthus)로 설정했다. 억새의 저위발열량은 17MJ/kg, 탄소 함량은 0.45로 가정되었다. 이 조건을 바탕으로 연간 연료 소모량과 CO₂ 배출량이 산출되며, 포집 효율 ηₐ를 0.85~0.97 범위에서 변화시키며 CO₂ 포집량을 계산했다. 포집 효율이 높아지면 포집량은 증가하지만, 동시에 포집 장비를 돌리는 데 필요한 재생열과 압축전력도 비선형적으로 증가한다. 이런 특성을 반영하기 위해, 이 연구는 실제 상용 BECCS 기술에서 보고된 데이터를 기반으로 아래와 같은 함수형 모델을 적용했다.

* 재생열 [eqn: Q_reb = 3000(1+0.4x + 0.2 x^2 ) [MJ / tCO_2 ]],

여기서 [eqn: x = ( eta_c - 0.9) / 0.05]

* 압축전력 [eqn: W_comp = 110(1+ 0.25x+0.1x^2 ) [kWh/tCO_2 ]]

두 항 모두 효율이 90%에서 95%로 상승할 때 각각 40%, 25% 증가하도록 설정되며, 이 값은 기존 문헌에서 보고된 상업용 아민 포집 공정의 평균값과 일치한다. 추가적으로, 폐열 회수를 고려하여 재생열의 5%, 압축전력의 50%만이 실제 전력 손실로 반영되도록 하였다. 이러한 에너지 손실은 전체 발전소의 순출력을 감소시키며, 결과적으로 순탄소 감축량에 영향을 미치게 된다.

3. 파이썬 기반 시뮬레이션 코드

아래는 위 모델을 구현한 파이썬 코드이다. 각 포집 효율별로 순출력과 순감축량을 계산하고, 이를 시각화하여 최적 효율 구간을 도출할 수 있다.

Fig.1 시뮬레이션 코드

Fig.2 시뮬레이션 결과 표

이 시뮬레이션은 효율을 85~97% 구간에서 세밀하게 변화시키며, 각 효율에서의 순감축량과 순출력 변화를 연속적으로 계산한다. 그래프를 통해 효율이 90% 이상으로 증가하면 감축량이 서서히 포화되는 형태를 보이며, 95% 이상에서는 에너지 패널티로 인해 순출력 손실이 급격히 커지는 경향이 나타난다. 이 결과를 기반으로, 순감축량을 최대화하는 최적 효율 구간을 추가적으로 도출할 수 있다.

Fig.3 시뮬레이션 결과 그래프

4. 최적 효율 분석 및 결과 해석

시뮬레이션 결과는 포집 효율과 감축 효과 사이에 명확한 비선형 관계가 있음을 보여준다. 특히 포집 효율이 85%에서 93%로 높아지는 구간에서는 순감축량이 가파르게 상승했다. 90% 이하에서는 포집량이 전체 배출량 중 큰 비중을 차지하지 못해 감축 효과가 제한적이지만, 93% 근처에 이르면 순감축량 증가 속도가 최고조에 달한다. 그 이후부터는 효율을 높여도 감축 효과의 증가 폭이 점차 줄어들었고, 95~96% 수준에 도달하면 연간 약 2.3MtCO₂로 최대치를 찍은 뒤 오히려 줄어드는 현상이 나타났다. 이는 포집 효율을 무작정 높인다고 해서 전체 시스템의 성능이 따라오지 않는다는 사실을 분명히 보여준다.

특히 주목할 점은, 포집 효율이 95%에 도달했을 때 100MW급 BECCS 발전소를 가동하기 위해 필요한 총 전력량이 무려 약 615MW까지 치솟는다는 점이다. 즉, 포집 및 압축 과정에서의 에너지 수요가 원래 발전용량의 5~6배에 달할 수 있다는 뜻이다. 이 결과는 BECCS가 단독 기술로는 한계가 있으며, 에너지 회수, 폐열 활용, 전력 순환 시스템과의 유기적인 통합이 필수적이라는 점을 시사한다. 실제로 시뮬레이션에서 폐열 회수율을 10% 개선하자 순감축량이 약 8% 증가했는데, 이는 포집 장치 자체의 성능을 올리는 것보다 열 통합의 효율을 높이는 것이 더 큰 효과를 낼 수 있음을 보여준다.

결국 BECCS는 '효율을 최대한 끌어올리자'는 접근보다는, 에너지 비용 대비 감축 효과가 가장 높은 구간을 중심으로 운영 전략을 짜는 것이 합리적이다. 특히 93~95% 효율 범위는 감축량과 에너지 소비 간 균형이 가장 잘 맞는 구간으로, 경제성과 환경적 지속가능성을 동시에 확보할 수 있다. 이러한 결과는 BECCS 기술 설계뿐 아니라, 향후 운용 가이드라인이나 정책 수립 시에도 최적 효율 범위를 명확히 설정해야 한다는 강력한 근거가 된다.

Ⅳ. 결과 및 해석

시뮬레이션 결과, 포집 효율이 85%에서 93%로 상승하는 구간에서는 순감축량이 급격히 증가하는 양상을 보였다. 효율이 90% 이하일 때에는 포집량이 전체 배출의 상당 부분을 차지하지 못해 탄소 저감 효과가 제한적이지만, 93% 부근에 이르면 순감축량의 증가율이 최대에 달하며, 이 지점 이후부터는 증가폭이 점차 완만해진다. 효율이 95~96% 수준으로 도달하면 순감축량은 약 2.3MtCO₂/년으로 최고값을 기록했으며, 이를 초과하면 포집 공정의 재생열과 압축전력 소모가 급격히 늘어나면서 오히려 순감축량이 감소하였다. 이는 포집 효율의 단순한 극대화가 곧 전체 시스템의 감축 극대화를 보장하지 않는다는 사실을 명확히 보여준다.

특히 100MW급 BECCS 발전소를 유지하기 위해 필요한 총 발전 출력은 포집 효율이 95%에 도달할 때 약 615MW까지 상승하는 것으로 계산되었다. 즉, 포집과 압축 과정에서의 에너지 요구가 전체 에너지 투입량의 5~6배 수준으로 커진다는 의미이다. 이 결과는 BECCS가 단일 기술로는 효율적으로 작동하기 어렵고, 에너지 회수, 폐열 재이용, 그리고 전력 재순환 시스템과의 결합이 필수적임을 시사한다. 실제로 시뮬레이션에서 폐열 회수율을 10% 향상시켰을 때 순감축량이 약 8% 증가했으며, 이는 포집 장치의 성능 향상보다 열통합 효율의 개선이 더 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여준다.

결과적으로 BECCS는 효율을 무한히 높이는 방향보다는, 감축 효과 대비 에너지 비용이 최소화되는 중간 구간(93~95%)에서의 운전이 가장 바람직하다. 이 범위 내에서는 포집 효율 상승에 따른 감축 효과와 에너지 소비 증가가 균형을 이루며, 경제성과 환경적 지속가능성을 동시에 확보할 수 있다. 이러한 결과는 기술 설계 단계뿐 아니라, 향후 BECCS 운용 지침과 정책 수립에서 최적 효율 구간을 명확히 설정할 필요가 있음을 보여준다.

Ⅴ. 지속가능성과 적용 가능성

아무리 탄소 감축 효과가 크더라도, BECCS 기술이 지속가능하지 않다면 장기적인 기후 대응 수단으로 자리 잡기 어렵다. 예를 들어, 100MW급 BECCS 발전소를 기준으로 하면 연간 약 2.2Mt의 바이오매스가 필요하며, 단위 수확량이 20t/ha·yr일 경우 약 11만 헥타르의 경작지가 요구된다. 이는 중형 도시 하나가 차지하는 면적에 해당하며, 식량 생산이나 생태계 보전과의 충돌 가능성도 상당하다. 결국 BECCS의 확산을 위해서는 토지 사용을 최소화하고, 기존 산업 공정과의 연계를 통해 자원 효율을 극대화하는 전략이 필수적이다.

이런 현실적인 한계를 해결하기 위한 대안으로 산업 부문 중심의 BECCS 확장이 주목받고 있다. 예컨대, 바이오에탄올 생산 공정에서 발생하는 CO₂는 농도가 99%에 달해 별도의 정제 없이도 바로 포집이 가능하고, 이 경우 포집 비용은 전력 부문 대비 약 60% 낮게 나타난다. 제지 산업의 바이오보일러 공정도 마찬가지다. 이산화탄소 배출 농도는 다소 낮지만, 공정 내부에서 발생하는 폐열을 포집 시스템에 직접 활용할 수 있어 열통합 효율을 높이기에 유리하다.

이처럼 산업별 공정 특성에 맞춰 포집 효율과 열통합 구조를 최적화하면, BECCS는 발전 분야를 넘어 제조업, 정유업, 바이오화학 산업 전반으로 확장될 수 있다. 특히 여러 산업의 배출 특성을 연결해 '복합형 BECCS 네트워크'를 구축하면, 포집 설비뿐만 아니라 저장과 운송 인프라까지 공동으로 활용하면서 전체 비용을 크게 낮출 수 있다.

정책적 대응 역시 병행되어야 한다. 지속가능성 인증제, 토지이용 기준, 탄소 회계 체계 등을 국제적으로 정비해 BECCS 기술이 식량 안보나 생물다양성을 침해하지 않도록 규율할 필요가 있다. 예를 들어, 농업 및 임업 부산물을 우선적으로 사용하고, 보호구역이나 하천·습지 주변의 완충지대(50~100m)에서는 에너지 작물 재배를 제한해야 한다. 또한 모든 BECCS 시설은 재배에서부터 포집, 저장에 이르는 전 과정을 투명하게 보고하고 외부 검증을 거쳐야 하며, 이를 국제 탄소시장과 연동시킬 수 있어야 한다. 이런 제도적 기반이 마련되어야 BECCS는 단순한 기술 단계를 넘어, 실질적인 정책 도구로 기능할 수 있다.

Ⅵ. 결론

본 연구는 BECCS 시스템의 탄소 제거 효율을 정량적으로 모델링하고, 포집 효율 변화가 순감축량과 에너지 소비에 어떤 영향을 미치는지를 수치적으로 분석하였다. 분석 결과, 포집 효율이 약 93~95% 구간에 도달할 때 순감축량이 최대치를 기록하며, 이 범위를 넘어서면 포집 공정에서 발생하는 에너지 패널티가 급격히 증가해 오히려 감축 성능이 저하되는 것으로 나타났다. 이는 단순한 효율 극대화보다, 시스템적 최적화를 통해 기술적 성능과 경제적 실효성을 동시에 달성하는 것이 더 중요함을 시사한다.

또한, BECCS의 확산 가능성을 현실적으로 따져보면, 단일 발전형 모델보다는 산업별 특성에 맞춘 맞춤형 또는 분산형 구조가 더욱 적합할 수 있다. 특히 정유, 제지, 바이오에탄올 등 에너지 통합이 가능한 산업 공정에서는 포집 효율을 유지하면서도 에너지 손실을 최소화할 수 있어 BECCS의 적용 효과를 극대화할 수 있다. 이러한 산업 간 연계 기반의 복합형 BECCS 네트워크는 단순한 시설 단위가 아니라, 국가 전체의 탄소중립 전략에서 핵심적인 역할을 수행할 수 있다.

향후에는 지역별 자원 조건과 기후 특성을 반영한 시뮬레이션 모델을 보다 정교하게 구축하고, 경제성 분석과 탄소 회계 체계를 통합함으로써 각국의 감축 시나리오에 실제 적용 가능한 모델로 발전시킬 필요가 있다. 이러한 다층적 접근은 BECCS를 단순한 기술 실험의 영역을 넘어, 실질적 정책 실행 수단으로 자리매김하게 만드는 중요한 전환점이 될 것이다.