탄소 중립 달성을 위한 환경규제 강화 추세 등 전 세계적으로 환경 오염 문제의 해결을 위해 관심을 집중하고 있다. 이렇듯 기후변화 대응을 위한 국제사회의 강화된 의지뿐 아니라 세계적인 기업들의 다양한 활동에서도 환경 문제 해결을 위한 노력이 드러나고 있다.

SK이노베이션 환경과학기술원 최고기술경영자인 이성준 원장은 7월 21일, ‘이산화탄소 활용에 관한 국제학술 대회(이하 ICCDU*)’에서 기조연설자로 참여해 ‘환경 문제 해결을 위한 SK이노베이션의 노력’에 대해 발표했다. ICCDU는 18년째 진행되는 이산화탄소 활용 분야 최대 학회로 1991년에 창설돼 매년 이산화탄소(CO₂)의 포집, 분리, 활용 및 정책에 관해 다루는 국제 학회이며 올해는 7월 18일부터 22일까지 온라인으로 진행됐다. 이번 ICCDU에는 이성준 원장 외 미립자 분야 대표적 학술지인 미립자기술학술지(Powder Technology) 편집장 량시판(Liang-Shih Fan) 오하이오 주립대학 교수, 국제플라즈마화학학회(International Plasma Chemistry Society) 이사회 이사 및 부회장 안네미 보가츠(Annemie Bogaerts) 앤트워프 대학 교수, 오픈어세스 미국화학회지(JACS Au) 편집장을 맡은 크리스토퍼 존스(Christopher W. Jones.) 조지아 공과대학 교수 등 국·내외를 아우르는 세계적인 석학들이 학계에서 새롭게 떠오르는 유망 이산화탄소 활용 연구 현황을 발표한다.

(*) ICCDU(International Conference on Carbon Dioxide Utilization)는 이산화탄소 활용에 관한 국제 학회로, 1991년 일본에서 시작하여 2년마다 개최되었고, 2015년부터 매년 개최되고 있음.

SK이노베이션은 지난 7월 1일 스토리 데이를 통해 ‘탄소 사업에서 그린 중심의 사업(Carbon to Green)’으로 회사의 정체성을 완전히 바꾸고 2050년까지 넷제로(Net Zero)를 달성할 것을 선언한 바 있다. SK이노베이션은 이 같은 목표 달성을 위해 넷제로 특별 보고서를 발표하는 등 구체적인 방안을 제시하고 있으며, SK이노베이션을 비롯한 각 계열사 및 사업별로 다양한 노력을 펼치고 있다.

SK이노베이션 환경과학기술원 이성준 원장은 이번 ICCDU에서 특히 ‘Carbon to Green’을 위해 SK이노베이션이 개발하고 집중하고 있는 내용을 심층적으로 소개했으며, 그 중에서도 환경과 관련된 3개의 R&D 프로젝트인 ▲이산화탄소 포집/저장/활용(CCUS**), ▲플라스틱 재활용(화학적 및 물리적 재활용), ▲폐배터리 금속 재활용에 관한 설명을 중점적으로 발표했다.

(**) CCUS(Carbon Capture Utilization & Storage): 배출되는 이산화탄소(CO₂)를 포집, 압축, 수송, 저장, 활용하는 일련의 과정이며, 넷 제로 달성에 필수적인 기술이다. 그중 CCU(Carbon Capture & Utilization)는 이산화탄소를 포집 후 다양한 방법으로 전환하여 활용하는 기술이며, CCS(Carbon Capture Storage)는 이산화탄소 포집 후 육상 또는 해양 지중에 저장하는 기술을 뜻한다.

▲ (좌) ICCDU에 기조연설자로 참여한 SK이노베이션 환경과학기술원 이성준 원장이 발표를 하고 있다.

| 이산화탄소 저감을 위한 SK이노베이션의 CCUS 기술

최근 국제에너지기구(IEA)의 발표에 따르면 현재 글로벌 이산화탄소 발생량은 약 350억 톤 가량이며, Stated Police Scenario에 따라 앞으로도 현재와 같이 유지된다면 이산화탄소 증가세를 완화하기만 할 뿐, 이산화탄소 발생량을 저감할 수는 없는 실정이다. 결국 이산화탄소 발생량을 저감하기 위해서는 추가적인 효율 개선, 재생에너지 사용, 연료 전환 등의 다양한 노력과 함께 꼭 필요한 것이 바로 ‘CCUS(이산화탄소 포집, Carbon Capture Utilization & Storage)’이다.

CCUS는 탄소 포집(Carbon capture)과 더불어 이산화탄소를 활용 또는 저장하는 방안으로 구성되어 있으며, 산업계에서는 특별히 효과적인 이산화탄소 배출 감축 방안으로 제안되고 있다.

SK이노베이션은 CCS를 위해 국책 과제로 동해가스전 CCS 프로젝트와 EU에서 진행 중인 REALISE 프로젝트에 참여하고 있다.

SK이노베이션은 지난 5월 26일, SK이노베이션과 자회사인 SK에너지는 한국석유공사의 동해가스전을 활용한 CCS사업 관련 협약을 체결하였으며, 내년 6월 천연가스 생산이 종료되는 동해가스전에 이산화탄소를 모아서 묻어버리는 국책 과제에 함께 하게 되었다. 2025년부터 연간 40만 톤의 이산화탄소를 모아 여기에 저장하는 것이 목표이며, 포집원과 포집 기술 관련 모델을 개발하는 임무를 수행하게 된다.

또한 EU에서 진행 중인 REALISE 프로젝트에서는 ▲정유 공장에서의 차세대 이산화탄소 흡수제 개발 역량 확보, ▲차세대 이산화탄소 습식 기술 검증 활용을 위한 시뮬레이션 툴 확보, ▲자체적인 CCS 기술경제성 평가 역량 확보를 목표로 하고 있다. 이 프로젝트는 올해를 시작으로 2023년 4월까지 SINTEF, 에퀴노르, TNO, 에딘버러대 등 EU 14개 산·학·연 및 칭화대, Dunhua Oil의 중국 2개 기관이 함께 참여하게 된다.

이와 더불어 지난 5월 28일, SK이노베이션의 E&P사업에서는 대심도 해양 시추를 통해 이산화탄소의 저장소를 발굴하는 국책과제 협약을 체결했다. 앞으로 지질자원연구원과 함께 이산화탄소의 저장 후보지를 선정하고 저장 능력을 확인하는 연구를 대대적으로 수행해 나갈 예정이다.

SK이노베이션은 이번 프로젝트 참여를 통해 CCS 연구 결과 및 글로벌 인사이트를 확보하고 해외 CCS 비즈니스 협력 기회를 탐색할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

| 폐플라스틱 문제 해결을 위한 SK종합화학의 노력

최근 폐플라스틱에 대한 문제는 인류의 생존을 위협하는 요소가 되고 있다. 코로나 19의 등장과 함께 마스크 사용 등으로 폐플라스틱 양은 더욱 증가하게 되었고, 눈에 보이지 않는 미세플라스틱이 우리의 건강에도 영향을 주고 있다. 이에 SK 이노베이션은 플라스틱 재활용에 대한 솔루션을 확보하고자 노력하고 있으며, 이를 통해 사회적 이슈 뿐만 아니라 ‘Carbon to Green’에 맞는 새로운 기회를 발굴하고자 한다.

SK이노베이션의 자회사인 SK종합화학은 Recycled Plastic을 포함한 다양한 플라스틱 이슈를 해결하기 위해 Recycle, Replace, Reduce의 3R 전략을 실행하고 있다.

3R 중에서 Replace와 Reduce의 경우, SK종합화학은 SK이노베이션 환경과학기술원과 함께 기존 화학 소재에서 친환경 소재로의 대체(Replace)를 위해 자체 기술 개발과 더불어 벨류 체인 관계자들과 협업을 진행하고 있다. 그 예로 기존 PVC를 대체한 친환경 PE 랩을 시판했고, PE/PET/NY 복합소재 패키징을 대체하여 재활용성을 높인 PE 단일 패키징 개발을 협업 중이다. 아울러 소재 물성 개선을 통해 기존 소재의 사용량을 감소(Reduce)하기 위해 패키징 제품들의 플라스틱 사용량 저감이나 자동차용 경량화 소재 개발에도 매진하고 있다.

다음으로, 재활용(Recycle) 중 첫 번째는 화학적 재활용(Chemical Recycling)이다. 이는 폐플라스틱을 열분해하여 가치있는 제품으로 생산하는 방안으로, 산업용 보일러 연료로 주로 사용되고 있는 열분해유를 석유 화학 공장 공장원료로 적용하겠다는 의미다. 단순 열분해만으로 기존 석유 화학 공정에 투입할 수 있는 것은 아니기 때문에 독자적인 열분해유 기술을 통해 공정 투입 시 발생할 수 있는 문제들을 극복해 가고 있다.

다음은 PET를 재활용하는 기술이다. 기존의 깨끗한 PET는 주로 물질적 재활용 방식으로 재활용된 반면, 화학적 재활용은 PET를 분자 단위로 분해했다가 다시 중합시키기 때문에 불순물이 많은 PET 와 폴리에스터도 새 플라스틱과 동등 수준까지 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, SK 이노베이션은 물리적 재활용 기술과 화학적 재활용 기술을 결합하여 새로운 솔루션을 만들고 있다. 먼저 물리적 재활용은 품질 안정화를 통해 고품질 및 고부가 제품 생산이 가능한 연구 개발을 지속해서 진행하고 있고, 물리적 재활용을 통해 처리할 수 없는 원료는 화학적 재활용을 통해 처리하는 방법으로 PET의 재활용 범위를 넓혀나갈 예정이다.

더 나아가 SK이노베이션은 플라스틱 선순환 쳬계인 PCR(Post Consumer Resin) 생태계 구축을 위해 제품 폐기물 수집과 분리 재활용 솔루션 제공 제조까지의 업체들과 상생 협력하고 있다. 현재 PCR의 가장 큰 문제는 수집 분리된 폐기물의 오염 수준과 순도 관리다. 오염 정도가 심하고 다양한 소재가 섞여 있으면 그만큼 최종 제품의 물성이 낮아진다. PCR의 품질을 위해 일부 제품은 사용 후 수거까지 Close loop을 구축해 외부오염을 최소화하여 PCR 품질 확보를 위한 노력을 하고 있으며, 오염이 발생할 수밖에 없는 PCR의 경우 용매 추출 기술을 새로 만든 원재료 수지 수준의 품질로 개선하는 연구도 진행중이다.

| 폐배터리의 재활용, SK이노베이션의 핵심 기술 리튬 회수

현재 전세계 전기차 시장의 확대가 가속화되면서 전기차의 핵심 부품인 배터리에 대한 수요도 같이 증가하고 있으며, 수명이 다한 폐배터리 역시 함께 증가하고 있다.

폐배터리의 증가는 환경 오염, 공급 투명성 등의 사회적 문제를 일으킬 수 있으며, 배터리에는 중금속과 독성 화학물질이 사용되기도 해 방치할 경우 토양 및 수질 오염을 유발할 수 있다. 또한, 급속도로 증가하는 EV 배터리 수요를 충족하기 위해서는 매우 많은 양의 원소재가 필요한데, 이는 배터리 원재료 확보를 위한 자원 고갈 문제로 이어질 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 SK이노베이션은 배터리 금속 재활용 기술을 개발하고 있다. SK이노베이션은 폐배터리에서 리튬을 하이 니켈 배터리에 사용되는 수산화리튬(LiOH) 형태로 직접 회수하는 기술을 개발하였다. 또한, 리튬(Li)을 우선 회수할 경우, 습식 (Hydro Metallurgical) 기술을 이용하여 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 추출 시 Chemical 사용량이 감소되는 시너지 효과가 있다.

SK이노베이션의 폐배터리 재활용 기술의 친환경성은 美 에너지성인 DOE*** 산하 국가 지정 연구기관인 Argonne National Lab에서 이미 검증된 바 있다. 호주의 광석이나 칠레의 염호에서 리튬을 추출할 때 발생하는 이산화탄소의 양과 SK이노베이션의 기술을 비교했을 때 각자 약 72%와 37%의 더 적은 양의 이산화탄소가 발생한다는 점을 근거로 한 것이다. 이러한 결과는 SK 이노베이션이 환경을 고려한 폐배터리 재활용 기술을 성공적으로 개발하고 있음을 입증하고 있다.

(***) DOE(Department of Energy): 미국의 원자력 사업을 총괄하는 정부 행정기관.

SK이노베이션은 이러한 리튬 회수 기술을 통해 자원 선순환의 경제를 구축하여 사회적으로 기여하고자 하며, 앞으로도 배터리 제조 시의 사회적 문제 해결, 배터리 제조자의 책임 완수, 투명하고 안정적인 배터리 원소재 확보를 위한 기술 개발을 지속할 계획이다.

SK이노베이션은 ESG 경영에 입각하여 지속 가능한 생존과 성장을 위해 ‘탄소 사업에서 그린 중심의 사업(Carbon to Green)’으로 비지니스 포트폴리오를 전환하고 있다. SK이노베이션의 기술 개발과 함께, 환경적 이슈 해결을 위한 여러 글로벌 산학과의 협업을 기대해본다.