일본목재신문 제927호
※ 파리협정과 산림 그리고 목질 바이오매스 에너지 (일본 목재정보, 2017년 6월호)
1) 서론
BECCS는 Bio-Energy with Carbon Capture and Storage의 약어로 CO2회수 저장(CCS)과 바이오매스의 처리 또는 연소를 조합한 기술이다.
2015년 11월 30일에서 12월 13일에 걸쳐 파리에서 개최된 기후변화협약조약 제21회 당사국총회(UNFCCC-COP21, 이하 COP2l)에서 2020년 이후의 국제적인 기후변화대책의 틀을 정한 법적 문서로 '파리협정'이 채택되었다. 파리협정은 기후변화에 관한 정부간패널(IPCC: Intergovern mental Panel on Climate Change)의 제5차 평가보고서(Assessment Report 5, 이하 AR5)를 토대로 한 것이다. AR5에는 BECCS의 중요성이 기술되어 있으며 여기서는 AR5에 대한 설명과 산림의 흡수, BECCS의 과제에 대해 언급하고자 한다.
2) AR5에 있어서의 온도상승 시나리오
2100년까지의 배출삭감기술과 배출 주체의 다양한 선택사항에 대응한 약 1,200의 온실효과가스(GHG: Greenhouse Gas) 농도패스 시나리오(농도의 추이를 나타내는 시나리오)가 정리되어 있다.
<그림 1> 참조. 2℃의 목표를 달성하는 시나리오는 GHG농도가 450ppm CO2eq(백만분율 이산화탄소 등가(等價)환산 농도)가 중심이며 대표적인 농도패스 시나리오로 정리된 RCP2.6*이 해당된다. 이에 대해 현재의 정책에 추가적인 노력을 하지 않는 시나리오는 각 시나리오의 Baseline으로 1,000ppmCO2eq 이상의 높은 GHG 농도가 상정되어 금세기 말에는 4℃ 이상 기온이 상승할 것으로 예측되고 있다.
2℃목표 시나리오의 대부분은, GHG 배출량은 2020년경에 피크 아웃하고 2050년까지 현재 배출량의 절반 정도까지 저감한 후 2100년까지는 제로 혹은 마이너스의 배출량으로 추이하는 것을 상정하고 있다. 그런데 현실적으로는 각국(주요 배출국의 일부)이 제시하고 있는 2020년에 있어서의 목표 배출량을 모두 달성해도 2℃목표 달성을 위한 연간 배출량을 상회할 가능성이 있어 Gt(기가톤: 10억)급의 괴리(기가톤·갭)가 발생되는 것도 우려되고 있다.
<표 1>은 경제 효율적인 시나리오를 추진할 경우의 경제적인 영향에 대해 IPCC가 집계한 것이다. 목표로 하는 2100년의 GHG 안정화 농도가 낮은 만큼 저탄소에너지의 도입 확대나 화석연료의 소비억제 등에 의해 삭감량을 높이는 것이 요구되어 Baseline과 비교한 매년의 소비손실률이 커지게 된다.
가장 낮은 안정화 농도 450ppm CO2eq(2℃목표)로 보면 2030년까지의 소비(消費)에 미치는 손실률은 1.7%(중앙치), 2050년까지 3.4%, 2100년까지 4.8%가 된다고 추계되고 있다. 이러한 소비 손실률을 소비 성장률(Baseline의 전제 조건인 1.6~3%)에 미치는 감소 포인트로 환산하면 2030년까지와 2050년까지는 연율 0.09% 포인트, 2100년까지는 연율 0.06% 포인트가 되는 것으로 나타나 있다. 예를 들면, Baseline의 소비 성장률이 2%로 경제 효율적 시나리오에 의한 감소 포인트가 0.06% 포인트라면 소비 성장률은 1.94%가 된다.
이것은 기술의 이용 가능성이나 세계적으로 통일된 탄소가격 등의 제도적인 과제가 모두 극복되어 모든 국가가 배출삭감에 신속하게 대응하는 이상적인 조건하에서의 추계이지만 배출삭감책의 비용대비 효과가 높은 시나리오가 채용되면 경제성장에 큰 영향은 미치지 않음을 나타낸다. 다만, 경제 효율적인 시나리오를 실현함에 있어서는 비용효율이 높은 배출 삭감책과 대량으로 CO2를 제거하는 기술 등을 우선하여 도입하는 것이 요구된다.
3) 기대되는 산림의 역할
CO2배출 삭감책의 기술적인 포텐셜 평가를 정리한 IPCC의 보고에 의하면, 2050년까지 에너지 이용기술의 효율이 큰 폭으로 향상됨으로써 1차 에너지에 차지하는 저탄소에너지(재생가능 에너지, 원자력, 이산화탄소 회수·저장)의 비율이 대략 60%, 즉 현재의 4배 정도 규모까지 도입함으로써 2℃목표에 도달할 수 있도록 제시되어 있다.
배출 삭감책은 각각의 국가와 각 지역의 특성을 반영한 것이기 때문에 각각의 배출 주체가 이용하는 기술의 종류나 한계삭감비용(GHG의 배출량을 추가적으로 1톤 삭감하기 위해 필요한 비용)은 다르지만 필요한 삭감량을 최소의 비용으로 달성하기 위한 최적의 조합이 시나리오에 포함시켜지게 된다.
예를 들면, 일본은 에너지절약이 진행되고 있기 때문에 설비갱신과 각종 고효율기기의 이용촉진 보다는 낮은 비용으로 실시할 수 있는 폐기물 이용 등의 촉진이나 Eco Car의 대규모 도입 등이 효율적인 배출 삭감책의 중심 시나리오로 제시되고 있다. 또 미국에서는 천연가스로의 연료전환이나 철강·화학 등의 산업프로세스에 대한 에너지절약시설의 도입, 풍력발전의 보급 등에 우선적으로 대응하는 것이 효율적인 삭감기술의 편성이 된다는 사례를 볼 수 있다.
이러한 배출삭감책의 기술적인 포텐셜 평가를 모든 국가와 지역에서 행하여 Baseline과 450ppm CO2eq(2℃목표) 시나리오의 각각에서, 각 섹터(운수, 건축, 산업, 발전, 농림업·토지이용, CO2 이외의 GHG)의 배출량 전망을 집계한 것이 <그림 2>이다.
검토된 시나리오 수(n)는 그림 하부에 제시되어 있다. Baseline 시나리오에서는 추가적인 배출삭감 노력을 하지 않기 때문에 농림업·토지이용(Agriculture, Forestry and Other Land Use: AFOLU)섹터 이외의 섹터에서 배출량(중앙치)이 증가하게 된다. 특히 발전섹터의 증가가 현저한 것이 특징이다. AFOLU섹터의 실질 배출량 감소는 토사재해의 방지와 국토보전을 목적으로 한 조림정책 등이 앞으로도 유지되어 CO2의 삭감에 기여하는 산림이 확대됨을 상정한 것이다.
이에 비해 배출삭감 노력을 행하는 시나리오에서는 CCS가 이용 가능한 경우와 이용 불가능한 경우로 나누어 정리했으며 이를 <그림 3>으로 나타냈다. CCS를 이용할 수 없는 경우에는 2100년이라도 발전섹터가 배출의 주체가 됨이 주목된다. 비용대비 효과가 높은 배출 삭감책으로 화력발전의 천연가스로의 연료전환이나 에너지절약기기의 도입 등이 주요한 것으로 논의되는 경우가 많지만 2℃목표를 실현하기 위해서는 대량의 CO2를 제거할 수 있는 CCS 등의 효과적인 배출 삭감책이 불가결함을 알 수 있다.
앞으로도 석탄 등 화석연료의 소비가 계속되기 때문에 화력발전으로부터 배출되는 CO2를 대량으로 제거할 수 있는 CCS가 중요한 역할을 담당하게 된다고 할 수 있다.
또한, CCS를 이용할 수 없는 경우에는 큰 삭감 포텐셜을 갖춘 산림의 창출(創出)을 조건으로 하는 AFOLU섹터의 실질 배출량 감소에 의존하게 된다. CCS나 대규모 조림 등은 이산화탄소제거기술(Carbon Dioxide Removal: CDR)이라고 하여 주목되고 있다.
IPCC에서는 저탄소에너지의 기술제약이 삭감비용에 미치는 영향도 추계하고 있으며 CCS를 이용할 수 없는 경우의 영향은 <표 1>에 나타난 바와 같이 누적삭감비용(2015~2100년)이 138% 증가하는 것으로 되어 있다. 비용의 큰 폭의 증가요인은 발전섹터의 전력 공급량과 GHG 배출량 제한을 양립시키기 위해 CCS보다 한계 삭감비용이 높은 해상풍력발전이나 태양광 발전 등을 보완 이용해야 하기 때문이다.
2℃목표의 안정화 농도는 본래 다른 안정화 농도(550ppm CO2eq)의 비용대비 효과가 높은 시나리오에 있어서도 대량의 CO2를 제거할 수 있는 CCS나 대규모 조림 등의 이용 가능성을 높이는 것이 중요한 과제라고 생각된다.
하지만, 세계의 산림은 농지로의 전용(轉用) 등에 의해 감소되고 있으며 20세기 중반 이후에는 특히 개발도상국의 대규모 산림면적 감소가 계속되고 있다. 유엔식량농업기관의 통계 데이타베이스(FAO STAT)에 의하면 산림감소가 극심한 지역은 종이 펄프나 팜오일 농장으로의 전용이 계속되고 있는 인도네시아를 포함한 남부아시아와 동남아시아 지역, 산림의 회복능력을 상회하는 화전농업과 연료재로써의 벌채가 진행되고 있는 콩고강유역을 중심으로 한 열대 아프리카지역, 아마존유역을 사탕수수 농원이나 목장 등으로 전용하고 있는 브라질 등의 중남미지역 등이라고 한다. 산림감소는 산림의 CO2 흡수량을 감소시킬 뿐만 아니라 지금까지 수목 등에 축적되었던 탄소가 연소나 분해에 의해 대기에 방출됨으로써 CO2농도를 상승시키게 된다. 이러한 산림감소에 수반되는 CO2 배출량에 대한 연구에 따르면 연간 약 5.4GtCO2(2005년)가 배출된다고 한다.
한편, 일본을 포함한 선진국에서는 대규모 조림이 필요한 황폐지 등이 적기 때문에 지속 가능한 산림경영 등이 시책의 중심이 된다. 교토의정서에 근거한 자금계획에서는 조림활동 등으로 발행된 배출권이 탄소시장에 유통되고 있지만 보다 다양한 산림활동을 더하기 위해 2020년의 개시를 목표로 새로운 제도의 도입이 논의되고 있다.
개발도상국이 산림감소 및 열화에 유래하는 배출삭감에 더해 산림보전, 지속 가능한 산림경영 및 산림탄소 축적의 증가에 관한 대응(REDD+)을 실시한 경우 토지이용을 대체하는 기회비용이나 산림경영 등에 필요한 비용을 조달할 수 있도록 배출권 등의 경제적인 인센티브를 부여하여 쌍방에서 이점이 생기는 체계이다.
또한, AFOLU분야의 이러한 배출 삭감책의 또 하나의 특징은 생물다양성과 수자원보전, 토양침식 저감 등의 적응책(適應策)으로 넓은 범위에 이익이 되게 하는 것이다. REDD+는 생물다양성 조건에 있어서 중요한 정책목표 중의 하나인 생태계서비스에 대한 지불(Payment for Ecosystem Services: PES, 인간이 생태계로부터 얻을 수 있는 이익을 확보하기 위한 자금조달 구조)이 주요한 것 중의 하나가 되는 것으로 주목되고 있다.
(4) BECCS의 과제
앞에 언급한 바와 같이 2℃목표에 도달하기 위해서는 1차 에너지에 차지하는 저탄소에너지(재생 가능 에너지, 원자력, CCS)의 비율을 현재의 4배 정도로 도입해야 한다. CCS 자체는 외부 불경제(不經濟)를 내부화하는 기술로, 수익을 얻는 것이 아니라 화력발전이나 제철 프로세스로 사업화된 사례는 아직 없지만 세계 전체에서 약 2,000~10,000Gt CO2로 추정된 삭감 포텐셜은 매우 크다고 할 수 있다.
한편, <그림 4>에 나타난 바와 같이 미분탄(微粉炭)화력발전소에서의 바이오매스혼소발전은 목질바이오매스의 에너지 이용기술 중에서도 기설 발전소를 이용할 수 있어 발전효율이 높아 경제적인 우위성을 지니고 있다고 할 수 있다. 하지만, 목질 바이오매스에너지의 이용은 소규모 분산형이 적합하다고 생각되지만 CCS는 대규모 에너지이용 개소에 적합하여 현재로는 소규모 분산형에는 맞지 않는다. 따라서 <그림 5>에 나타난 바와 같이 실질적인 CO2 배출량을 마이너스(Negative emission)로 하기 위해서는 바이오매스에너지와 CCS의 규모, 입지조건, 기술조합을 적절히 선택할 필요가 있다.
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