제품을 생산하다 보면 아무리 노력해도 결국 CO₂를 배출하게 됩니다. 이렇게 당연하게 여겨지는 것을 바꾸기 위해 덴소는 ‘CO₂를 에너지로 전환한다!’ 라는 발상에 이르렀습니다. CO₂가 우리 사회를 해치는 적이 아닌 같은 편이 되는 그런 꿈과 같은 시스템은 무엇일까요?

여러분은 CO₂, 즉 이산화탄소에 대해 어떤 이미지를 가지고 계신가요?

학교 수업 등에서는 CO₂에 대해 '지구온난화의 원인'이라고 가르치고 있습니다. 뉴스를 보아도 환경문제에 대한 이야기가 나오면 어김없이 'CO₂ 배출량을 줄여야 한다' 라는 이야기가 나옵니다. 최근 여러 기업에서는 SDGs 관련 활동이 진행됨에 따라 기업의 CO2 저감을 위한 움직임도 활발해지고 있습니다.

이러한 이야기를 계속 접하게 되면 어쩐지 이산화탄소라는 것이 '나쁜 것'처럼 느껴지게 됩니다. 하지만 사실 CO₂는 우리의 생활에 있어서 없어서는 안되는 존재입니다. 익숙한 것으로 예를 들자면 탄산음료나 드라이아이스는 CO₂가 원재료이며, 제품을 생산할 때 CO₂는 금속의 용접이나 제강 시 산화를 막기 위한 중요한 재료로 사용되기도 합니다. 더불어 CO₂의 소재 활용 연구는 곳곳에서 진행되고 있어 앞으로는 플라스틱이나 콘크리트 재료로 활용될 것입니다.

과도하게 증가한 CO₂를 줄이는 일은 물론 중요합니다. 하지만 CO₂가 무조건 우리의 적은 아니다. 잘 활용한다면 틀림없이 우리의 편이 되어 줄 것입니다. 그렇다면, 구체적으로 어떤 식으로 활용할 수 있을까요?

이러한 탄소중립을 향한 움직임에 있어 향후 특히 중요시되는 것이 'CO₂의 재활용 기술' 입니다.

일본은 지난 십 수 년간 '에너지 절약' 기술을 갈고 닦으며 CO₂ 배출량을 줄여왔습니다. 하지만 우리가 살아있는 한, 그리고 기업이 경제활동을 지속하는 한 CO₂의 배출량 자체를 완전히 없앨 수는 없습니다. 줄일 수 있는 양에도 한계가 있기 때문입니다.

지구 환경을 지키는 것과 보다 나은 생활을 추구하는 것. 이 두 가지를 다 달성하기 위해 발생한 CO₂를 우리가 다시 사용하는 방법에 대해 궁극적으로 연구해야 하지 않을까요? 이러한 생각을 가슴에 품고, 덴소는 탄소중립 시대를 향한 새로운 시험을 추진하고 있습니다.

2020년 덴소는 '2035년까지 사업활동에서 탄소중립을 실현하겠다' 라는 목표를 선언했습니다. 파리협정에서 정한 목표 기한보다도 더 조기에 달성하는 것을 목표로, 종래의 모빌리티 제품이나 제품 생산, 그리고 새로운 에너지를 사용하는 영역에서 다양한 활동을 추진하고 있습니다.

그중 새롭게 도전한 것이 'CO₂ 순환 플랜트' 개발 프로젝트입니다.

제품 생산 영역에서 탄소 중립을 달성하기 위해서는 앞서 이야기한 방법에서 알 수 있듯 먼저 '생산설비의 에너지를 저감하고 전동화를 추진하는 것’과 ‘사용하는 에너지를 재생 가능한 에너지로 바꾸는 것’이 중요합니다. 이 두 가지에 대해서도 덴소는 지금까지 많은 시책을 실시해왔습니다.

줄일 수 있는 곳에서는 CO₂를 배출하지 않도록 노력해 가는 반면,  본래 전동화가 되지 않고 재생가능에너지도 사용하기 어려운, 예를 들면 '용광로' 같은 설비에서는 CO₂가 어쩔 수 없이 발생합니다. 그 양이 아무리 적을지라도 진정한 탄소중립을 달성하기 위해서는 결코 간과할 수 없는 부분인 것이지요. 거기에서 착안한 것이 바로 CO₂ 순환 플랜트입니다.

CO₂ 순환 플랜트는 공장의 생산공정에서 발생하는 배기 가스에서 CO₂를 회수하고 거기에 수소를 결합시켜 메탄가스를 합성하는 설비입니다. 만들어진 메탄가스는 공장에서 연료로 사용할 수 있습니다. 즉 ‘연료를 태울 때 발생하는 CO₂를 밖으로 배출하지 않고 회수해 그것을 재료로 새로운 연료를 만들어내는 지속 가능한 시스템’인 것이죠.

덴소는 이러한 플랜트를 만드는 부서도, 기술이나 경험도 없었습니다. 그럼에도 불구하고 프로젝트 멤버들은 만드는 쪽을 선택했습니다. 그 결단에 대해 구성원 중 한 사람인 환경뉴트럴시스템개발부 사카구치 신야씨는 이렇게 합니다.

"CO₂ 회수 순환 기술 개발은 이미 실증 단계가 진행되고 있습니다. 단, 그 대상이 화력발전소나 제철소 등 CO₂ 농도가 높은 배기가스를 배출하는 대규모 플랜트에 제한되어 있습니다. 현재 기술로는 CO₂ 회수 효율이 나쁘기 때문에 CO₂ 농도가 높은 배기가스를 대상으로 할 수밖에 없기 때문입니다. 일반적인 제조업의 생산설비에서 배출되는 비교적 CO₂의 농도 낮은 배기가스에서 효율적으로 CO₂를 회수할 수 있는 컴팩트한 사이즈의 솔루션은 아직 세상에 존재하지 않습니다.
제조업을 하는 우리가 ‘2035년까지 탄소중립을 달성하겠다’는 높은 과제를 뛰어넘기 위해서는 기술력이 향상될 때까지 그저 기다리기만 해서는 안 됩니다. 우리가 제조업계의 CO₂ 회수 분야 톱러너가 되어 문제를 해결하겠다고 결심했습니다.”-사카구치

탄소중립을 실현시키기 위해 주체적으로 행동하겠다는 의지로 뭉친 멤버들에 의해 프로젝트는 점점 더 진화했습니다. 그리고 2020년 7월, 구상단계부터 약 20개월이라는 단기간에 덴소의 첫 CO2 순환을 실현하는 플랜트가 완성되었습니다.

하지만 현시점에선 아직 프로토타입에 불과합니다. 프로젝트 멤버인 환경뉴트럴시스템개발부의 스즈키 마사유키씨는 실제로 일단 제작해 보는 것으로 ‘어디를 개선해야 현실적으로 도입할 수 있을지’를 분명하게 알 수 있었다고 말합니다.

“제조업 현장에서 CO₂ 순환 플랜트를 실용화 하기 위해서는 두 가지 큰 과제를 해결해야 합니다. 첫 번째는 ‘얼마나 플랜트를 소형화 할 것인가’입니다. 현재 기술로 공장에 CO₂ 순환 플랜트를 개설한다고 했을 때, 극단적으로 이야기하면 그 공장과 같은 넓이 정도의 부지 면적이 필요할 가능성이 있습니다. 그렇게 되면 대부분의 현장에서 ‘그 정도의 빈 면적이 없으니 도입할 수 없다’는 반응이 나오게 됩니다. 그렇기 때문에  ‘현재 생산설비에 추가 탑재하는 구조'로 도입 가능한 형태의 플랜트를 작게 만드는 것’이 중요합니다.” –스즈키

“다른 하나는 ‘에너지 효율을 얼마나 높일 것인가’ 입니다. 플랜트에서 CO₂를 회수하거나 그것을 합성하기 위해서는 많은 에너지가 필요합니다. ‘CO₂ 1톤을 회수하는데 같은 양의 에너지를 사용하는’ 상태가 되어서는 아무런 이득을 남길 수 없습니다.
얼마나 적은 양의 에너지로 CO₂를 회수하고 메탄가스를 합성할 것인지, 에너지 효율은 비용에도 직접적인 영향을 미치기 때문에 CO₂ 순환 시스템을 널리 보급시키기 위해서는 '에너지 효율을 높이고, 운용 비용을 줄여 채산성을 확보할 수 있도록 하는 것’이 무엇보다 중요합니다.”- 스즈키

지식이나 경험이 없는 상태에서 하나씩 쌓아 올린 현재의 플랜트로 이러한 문제를 모두 해결할 수 있는 것은 아닙니다. 하지만 덴소는 이 플랜트를 활용해 CO₂ 순환 플랜트의 실용화를 위해 새로운 기술 개발에 매진하고 있습니다.

현재 프로젝트 멤버들은 지속 가능한 CO₂ 순환 플랜트의 실현을 목표로 플랜트의 '소형화'와 ‘고효율화’라는 큰 과제를 해결하기 위한 기술 개발에 착수하고 있습습니다. 
그 가운데 핵심이 되는 것이 ‘새로운 소재’ 개발입니다. 멤버인 환경뉴트럴시스템개발부 모리모토 요헤이씨는 이 소재가 플랜트의 소형화와 고효율화의 열쇠를 쥐고 있다고 밝혔습니다.

“기존의 CO₂ 회수는 열을 대량으로 사용하는 것이 주된 방식이었습니다. 효율을 높이기 위해서는 열 손실을 가능한 없애야 합니다. 거기에서 우리는 애초에 열을 사용하지 않는 CO₂ 회수 방식을 연구개발하고 있습니다. 이를 위해 필요한 것이 CO₂ 흡착제입니다.
지금까지 개발에서는 흡착제를 크게 변경하지 않고, 사용하는 열을 줄이려는 활동이 추진되었습니다. 하지만 현실에서 요구되는 효율에는 크게 미치지 못했습니다. 압력 등 '외부로 빠져나가는 에너지'로 인해 CO₂를 흡착하는 근본적으로 새로운 흡착제를 만들어야겠다고 생각했습니다. 현재 사용하는 흡착제는 흡착 효과가 그다지 좋은 편은 아닙니다. 그렇기 때문에 많이 흡수하기 위해서 그만큼 CO₂ 회수기 사이즈가 커져야 합니다. 즉 이 흡착제의 효율이 높아지면 회수기의 사이즈가 작아지고 설비의 소형화가 가능해집니다. –모리모토

덴소는 ‘자동차 배기가스 후처리’ 기술 개발로 쌓아온 ‘Nox(질소산화물) 등의 유해 물질을 촉매에 흡착시키는 기술’을 가지고 있습니다.
유해 물질과 CO₂, 대상은 다르지만 흡착시킨다는 메커니즘 자체는 동일하기 때문에 프로젝트 멤버들은 이 기술을 응용함으로써 CO₂의 흡착제를 극적으로 업데이트할 수 있을 것이라고 생각하고 있습니다. 더욱이 ‘고효율화’에 있어서도 덴소가 이제껏 쌓아온 기술을 활용할 수 있다고 합니다.

“아직 완성은 아니지만 현재 ‘기존 대비 10배 높은 흡착율을 자랑하는 소재가 만들어 질 것이다’라고 예상하고 있습니다. 소재개발은 우리의 전문분야는 아니지만, 사외 파트너들과 함께 추진하고 있습니다. 이러한 흡착제를 사용한 소형-고효율의 CO₂ 회수기를 실용화하는 것이 탄소중립 실현의 핵심이라고 생각하고 있습니다. 기술이 발전한다면 공장의 배기가스에 국한되지 않고 나아가 CO₂농도가 낮은 대기에서도 회수할 수 있게 될지도 모릅니다. 그렇게 되면 분명 폭 넓은 장소에서 CO₂를 회수할 수 있을 것입니다.”-모리모토

더불어 ‘고효율화’에 있어서도 덴소가 지금껏 쌓아온 기술을 활용할 수 있을 것입니다.

“화학반응에는 이론의 한계가 있습니다. 경제 합리성에 맞는 효율을 실현하려고 하면 이 한계를 뛰어넘어야 합니다. 경제성과 물리현상 사이의 모순을 해결하기 위해서는 열손실이 일어나는 부분을 유효한 에너지로 회수하여 재사용해야 합니다. 여기에서 ‘자동차 열매니지먼트’에 뛰어난 덴소의 강점을 발휘할 수 있을 것입니다.”- 모리모토

“시스템의 매니지먼트 기술도 시스템 서플라이어인 우리들이 잘하는 분야입니다. CO₂ 순환에는 CO₂ 회수기나 메탄을 생성하는 장비, 수소를 발생시키는 장비 등 복수의 설비가 연계하고 있습니다. 이것들을 각각 개별적으로 제어하는 것이 아니라 전체적으로 관리함으로써 최적의 효과를 냅니다. 이 관점은 CO₂ 순환플랜트  내부뿐만 아니라 플랜트와 공장의 연계에도 중요합니다. CO₂ 플랜트에서 만들어진 에너지가 공장에서 에너지를 사용하려고 할 때 사용할 수 없다면 의미가 없습니다. 공장의 수요에 맞추어 적절한 타이밍에 연료합성이나 열을 공급하는 전체 메니지먼트역시 중요한 것입니다.”- 사카구치

자동차의 배기가스를 정화하는 기술, 자동차 열 매니지먼트 기술, 시스템의 매니지먼트 기술 등 덴소가 갈고 닦아온 여러 기술이 환경문제 해결을 위해 대체할 수 없는 발명으로 탈바꿈하고 있습니다. 개발자들은 CO₂ 순환 시스템의 보급을 목표로 도전을 이어가고 있습니다.

“CO₂ 순환 시스템을 확립하는 것 만으로 보급 단계까지 가기에는 어렵다고 생각합니다. 새로운 기술이기에 ‘우리 공장에서 실현이 가능한가?’와 같은 불안함을 느끼는 것이겠지요. 그렇기 때문에 먼저 이 안죠 플랜트의 개선을 거듭해 자신있게 ‘가능하다는 것’을 증명할 것입니다. 또한 나아가 전 세계 덴소공장에서 실현시켜 보임으로써 ‘어떤 환경에서도 가능하다는 것’을 증명할 것입니다. 그런다면 글로벌 각지에 이 시스템을 확대해갈 수 있을 것입니다.”- 사카구치

“CO₂ 순환의 구조는 우리 힘만으로는 실현할 수 없습니다. 그렇기 때문에 다양한 파트너들과 협력하고 싶습니다. 다음 세대를 살아갈 미래의 후손들이 조금이라도 더 건강하고 살기 좋은 세상에서 살 수 있도록 강한 책임감을 가지고 이 사업을 더욱 추진하겠습니다.”- 스즈키

탄소중립. 듣기에는 간단한 말이지만 현재 CO₂ 배출량을 생각한다면 이를 0으로 만드는 것은 까마득한 일처럼 느껴질 수 있습니다.

그렇지만 이것은 우리 세대가 안고 있는 과제를 다음 세대에 물려주지 않기 위해서라도 책임지고 반드시 달성해야 할 일입니다.

세상의 모든 제조업이 CO₂를 배출하지 않는 것이 당연한 미래를 위해 덴소는 앞으로도 기술력을 갈고 닦아 업계 전체의 탄소중립을 이끌어 갈 것입니다.