그래서 최근에는 대기 중에 퍼져 있는 이산화탄소를 직접 빨아들여 제거하는 기술이 주목받고 있습니다. 이를 직접공기포집(DAC, Direct Air Capture)이라고 합니다.
DAC는 거대한 팬이나 공기 접촉기를 이용해 주변 공기를 통과시키고, 특수한 흡수제나 흡착제가 공기 속의 CO₂를 선택적으로 붙잡은 뒤 다시 분리해 농축하는 기술입니다.
우리가 배출하는 이산화탄소는 대기 중에 빠르게 사라지지 않고 오랫동안 남아 있습니다.
태양광과 풍력 같은 재생에너지를 확대하고 화석연료 사용을 줄이는 것이 가장 중요한 기후 대응 방법 가운데 하나이지만, 이미 대기 중에 존재하는 CO₂를 제거하는 문제도 함께 고민해야 합니다.
특히 항공과 시멘트, 철강, 농업 등 일부 분야에서는 모든 온실가스 배출을 단기간에 0으로 만들기 어려울 수 있습니다.
이 때문에 대기 중 CO₂를 직접 제거하고 장기간 저장하는 탄소제거(Carbon Dioxide Removal) 기술이 하나의 보완 수단으로 연구되고 있습니다.
그중에서도 DAC는 공장 굴뚝처럼 CO₂가 고농도로 모여 있는 곳이 아니라 일반적인 대기 자체에서 이산화탄소를 골라내는 기술이라는 점에서 특별합니다.
그렇다면 공기처럼 CO₂ 농도가 낮은 공간에서 어떻게 필요한 이산화탄소만 골라낼 수 있는 것일까요?
1. 직접공기포집 DAC란 무엇일까
2. 일반적인 탄소포집과 무엇이 다를까
3. 공기에서 이산화탄소를 어떻게 골라낼까
4. DAC는 어떤 방식으로 작동할까
5. 포집한 CO₂는 어떻게 분리할까
6. 제거한 이산화탄소는 어디에 저장할까
7. CO₂를 저장하지 않고 활용할 수도 있을까
8. DAC가 어려운 가장 큰 이유는 무엇일까
9. DAC의 장점과 한계는 무엇일까
10. 앞으로 직접공기포집은 어떻게 발전할까
11. 자주 묻는 질문
12. 마무리
1. 직접공기포집 DAC란 무엇일까
직접공기포집(DAC)은 주변 대기에서 이산화탄소를 직접 분리해 제거하는 기술입니다.
일반적인 탄소포집 기술은 화력발전소나 공장처럼 CO₂가 상대적으로 많이 포함된 배기가스에서 이산화탄소를 분리하는 경우가 많습니다.
반면 DAC는 특정 배출원이 없어도 주변 공기를 그대로 빨아들여 그 안에 포함된 CO₂를 포집합니다.
대기 유입
↓
공기 접촉 장치 통과
↓
흡수제·흡착제가 CO₂ 포집
↓
CO₂가 포함된 물질에서 CO₂ 분리
↓
고농도 CO₂ 확보
↓
영구 저장 또는 활용
미국 에너지부는 DAC를 주변 대기에서 직접 CO₂를 제거하는 탄소제거 기술로 정의하며, 액체 용매와 고체 흡착제 등이 대표적인 포집 방식이라고 설명합니다.
따라서 DAC는 단순히 공기를 정화하는 장치라기보다 대기 중 탄소를 분리해 다른 곳에 저장하거나 활용하는 탄소제거 시스템에 가깝습니다.
특히 포집한 CO₂를 땅속에 장기간 저장하는 경우에는 DACCS(Direct Air Carbon Capture and Storage)라는 형태로 부르기도 합니다.
2. 일반적인 탄소포집과 무엇이 다를까
DAC와 탄소포집 기술은 비슷해 보이지만 CO₂를 잡아내는 위치가 다릅니다.
기존의 탄소포집 기술은 발전소나 공장처럼 CO₂가 많이 포함된 배출가스에서 이산화탄소를 분리하는 방식입니다.
반면 DAC는 배출가스가 아니라 이미 대기 중에 퍼져 있는 CO₂를 대상으로 합니다.
공장·발전소 배출가스
↓
상대적으로 높은 CO₂ 농도
↓
CO₂ 분리 및 포집
직접공기포집 DAC
일반 대기
↓
낮은 CO₂ 농도
↓
대량의 공기를 통과시킴
↓
CO₂만 선택적으로 포집
이 차이 때문에 DAC는 훨씬 많은 양의 공기를 처리해야 합니다.
공기 속 CO₂는 다른 주요 기체에 비해 농도가 낮기 때문에 같은 양의 CO₂를 모으려면 매우 많은 공기를 장치 안으로 통과시켜야 합니다.
공기 속 CO₂ 농도가 낮기 때문에 대량의 공기를 이동시켜야 하고, 그 과정에서 팬과 펌프 등에 상당한 에너지가 필요할 수 있습니다.
바로 이 낮은 농도가 DAC의 가장 큰 기술적 난제 가운데 하나입니다.
3. 공기에서 이산화탄소를 어떻게 골라낼까
대기에는 질소와 산소, 아르곤 등 다양한 기체가 섞여 있습니다.
DAC는 이들 가운데 CO₂와 선택적으로 반응하거나 붙잡을 수 있는 흡수제 또는 흡착제를 사용합니다.
쉽게 설명하면 CO₂를 좋아하는 특수한 물질을 이용해 지나가는 공기에서 이산화탄소만 붙잡는 것입니다.
액체 용매 → CO₂와 화학적으로 반응해 흡수
고체 흡착제 → 표면에 CO₂를 선택적으로 붙잡음
광물 기반 물질 → CO₂와 반응해 안정적인 탄산염으로 전환
포집 물질은 CO₂를 붙잡은 상태에서 일정한 조건을 만들면 다시 이산화탄소를 내놓을 수 있어야 합니다.
그래야 흡수제나 흡착제를 반복해서 사용할 수 있습니다.
CO₂가 적은 공기 통과
↓
흡수제·흡착제가 CO₂ 포집
↓
포집 물질 포화
↓
열 또는 진공 등을 이용해 CO₂ 방출
↓
포집 물질 재생
↓
다시 공기에서 CO₂ 포집
따라서 좋은 DAC 기술은 CO₂를 잘 붙잡는 능력뿐 아니라 적은 에너지로 CO₂를 다시 분리할 수 있는 능력도 중요합니다.
4. DAC는 어떤 방식으로 작동할까
DAC는 여러 가지 설계 방식이 있지만 크게 보면 액체 용매 방식과 고체 흡착제 방식이 대표적입니다.
액체 용매 방식에서는 많은 양의 공기를 특정 화학 용액과 접촉시켜 CO₂를 흡수합니다.
이후 열이나 다른 공정을 이용해 용액에서 CO₂를 분리하고 용매를 다시 사용하는 방식입니다.
공기 유입
↓
액체 용매와 접촉
↓
CO₂ 흡수
↓
용매 재생
↓
CO₂ 분리
↓
용매 재사용
고체 흡착제 방식에서는 공기를 고체 물질이 들어 있는 접촉기에 통과시키면서 CO₂가 고체 표면에 붙도록 합니다.
흡착제가 CO₂로 포화되면 온도를 높이거나 압력을 낮추는 등의 방법으로 CO₂를 다시 떼어냅니다.
공기 통과
↓
고체 흡착제가 CO₂ 포집
↓
흡착제 포화
↓
가열 또는 진공 처리
↓
CO₂ 방출
↓
흡착제 재사용
미국 에너지부 역시 DAC 기술의 대표적인 두 가지 접근법으로 액체 용매와 고체 흡착제를 제시하고 있습니다.
어떤 방식을 선택하느냐에 따라 필요한 열과 전력, 물, 장비 구성, 비용 등이 달라질 수 있습니다.
5. 포집한 CO₂는 어떻게 분리할까
DAC에서 CO₂를 포집했다고 해서 바로 탄소 제거가 끝나는 것은 아닙니다.
흡수제나 흡착제에 붙어 있는 이산화탄소를 다시 떼어내 고농도의 CO₂ 흐름으로 만들어야 합니다.
이 과정을 재생(Regeneration)이라고 볼 수 있습니다.
대기에서 CO₂ 포집
↓
흡수제·흡착제에 CO₂가 농축
↓
열 또는 진공 등의 공정 적용
↓
CO₂ 방출
↓
고농도 CO₂ 확보
↓
압축
↓
저장 또는 활용
문제는 이 과정에도 에너지가 필요하다는 것입니다.
특히 포집 물질에서 CO₂를 떼어내기 위해 열을 가하거나 진공을 만드는 과정, 포집한 CO₂를 압축하는 과정 등에 전기와 열이 사용될 수 있습니다.
따라서 DAC의 성능을 평가할 때는 단순히 “몇 톤의 CO₂를 잡았는가”뿐 아니라 그 과정에서 얼마나 많은 에너지를 사용했는지도 함께 살펴봐야 합니다.
DAC 설비가 사용하는 전력과 열을 생산하는 과정에서 발생하는 CO₂까지 고려해야 합니다. 화석연료로 많은 에너지를 공급하면서 CO₂를 포집하면 순 제거량이 크게 줄어들 수 있기 때문입니다.
6. 제거한 이산화탄소는 어디에 저장할까
DAC로 포집한 CO₂를 대기에서 계속 제거하려면 장기간 다시 대기로 돌아가지 않도록 저장해야 합니다.
대표적인 방법은 지하 깊은 곳의 적절한 지질 구조에 CO₂를 주입해 저장하는 방식입니다.
IPCC는 DAC와 CO₂ 저장을 결합한 DACCS에서 포집한 CO₂를 지질학적 저장소에 저장하거나 광물 탄산화 방식으로 안정적인 형태로 저장할 수 있다고 설명합니다.
지질학적 저장
→ 깊은 지하의 적합한 암석층 등에 CO₂ 주입
광물 탄산화
→ CO₂를 광물과 반응시켜 안정적인 탄산염 형태로 저장
지질학적 저장에서는 CO₂를 높은 압력으로 압축해 지하 저장층에 주입할 수 있습니다.
충분히 안정적인 지질 구조를 선택하고 장기간 누출 여부를 모니터링하는 것이 중요합니다.
따라서 DAC 설비를 어디에 건설할 것인가를 결정할 때는 단순히 공기를 많이 빨아들일 수 있는 공간뿐 아니라 저장할 장소와 에너지원이 가까운지도 중요합니다.
충분한 재생에너지 또는 저탄소 에너지
CO₂ 저장소에 대한 접근성
필요한 물과 인프라
충분한 부지
CO₂ 운송 시설
환경과 지역사회 영향
7. CO₂를 저장하지 않고 활용할 수도 있을까
가능합니다.
포집한 CO₂를 영구적으로 지하에 저장하는 대신 다른 제품의 원료로 사용하는 방법도 연구되고 있습니다.
예를 들어 CO₂를 건축자재나 화학제품의 원료로 활용하거나, 적절한 수소와 에너지를 이용해 연료나 합성 화학물질을 만드는 연구가 진행되고 있습니다.
건축자재
광물화 제품
화학 원료
합성연료 원료
산업용 CO₂
탄산염 기반 제품
하지만 CO₂를 제품에 사용한다고 해서 모두 영구적인 탄소 제거가 되는 것은 아닙니다.
예를 들어 포집한 CO₂를 연료로 만들어 다시 연소한다면 결국 CO₂가 대기로 돌아올 수 있습니다.
따라서 탄소 제거라는 관점에서는 얼마나 오랫동안 CO₂를 대기에서 격리할 수 있는가가 중요합니다.
CO₂를 제품에 사용하면 탄소 순환에 활용할 수 있지만, 사용된 CO₂가 다시 대기로 빠르게 돌아간다면 장기적인 탄소 제거 효과는 제한적일 수 있습니다.
따라서 DAC의 목적이 대기 중 탄소를 실제로 줄이는 것이라면 영구 저장 또는 장기간 탄소를 붙잡아둘 수 있는 활용 방식이 중요합니다.
8. DAC가 어려운 가장 큰 이유는 무엇일까
DAC의 가장 큰 어려움은 단순합니다.
대기 중 CO₂의 농도가 낮다는 것입니다.
공장 배기가스처럼 CO₂가 상대적으로 많이 포함된 곳에서는 한정된 양의 가스에서 CO₂를 분리하면 되지만, DAC는 매우 많은 공기를 처리해야 합니다.
공기를 움직이는 팬부터 포집 물질을 재생하는 데 필요한 열, CO₂를 압축하는 데 필요한 전력까지 다양한 에너지가 필요합니다.
공기 이동
↓
팬·송풍기 전력 소비
↓
CO₂ 포집
↓
흡수제·흡착제 재생을 위한 열 또는 전력
↓
CO₂ 농축 및 압축
↓
저장 또는 운송
미국 에너지부도 DAC의 핵심 단점 가운데 하나로 높은 전력·에너지 수요와 비용을 제시하고 있습니다.
특히 포집 물질을 반복해서 재생해야 하기 때문에 CO₂를 적은 에너지로 선택적으로 분리할 수 있는 새로운 소재를 개발하는 것이 중요합니다.
더 강력한 CO₂ 포집 능력
더 낮은 재생 에너지
더 긴 흡수제·흡착제 수명
더 빠른 공기 처리
낮은 압력 손실
저탄소 에너지와의 결합
결국 DAC가 경제적인 기술이 되기 위해서는 소재·공정·에너지·설비 규모를 동시에 개선해야 합니다.
9. DAC의 장점과 한계는 무엇일까
DAC는 아직 비용과 에너지 문제를 안고 있지만 다른 탄소제거 기술과 차별화되는 장점도 있습니다.
배출원이 없는 곳에서도 CO₂ 제거 가능
이미 대기 중에 존재하는 CO₂를 직접 제거
시설 규모를 단계적으로 확대할 가능성
저탄소 에너지가 풍부한 지역에 설치 가능
포집된 CO₂를 저장 또는 다양한 방식으로 활용 가능
다른 탄소제거 기술과 결합 가능
특히 DAC는 특정 공장이나 발전소에 의존하지 않는다는 특징이 있습니다.
CO₂를 제거한 뒤 지하에 저장해야 하는 경우에도 저장시설과 에너지원에 가까운 지역을 선택해 시스템을 구성할 수 있습니다.
하지만 한계 역시 분명합니다.
대기 중 낮은 CO₂ 농도
높은 에너지 요구량
현재 높은 비용
대규모 설비 구축 필요
CO₂ 저장을 위한 추가 인프라 필요
흡수제·흡착제의 내구성 문제
물과 재료 사용량 문제
전 과정에서 발생하는 탄소 배출 관리 필요
IPCC 역시 DACCS가 상당한 에너지를 필요로 하고 기술에 따라 물과 재료도 요구할 수 있다고 평가합니다.
또한 CO₂를 지하에 저장하는 경우 저장소의 안전성과 장기적인 모니터링도 필요합니다.
따라서 DAC는 탄소 배출을 줄이는 모든 문제를 해결하는 만능 기술이 아니라, 배출 감축과 함께 사용할 수 있는 탄소제거 수단으로 보는 것이 적절합니다.
DAC가 있다고 해서 화석연료 사용을 계속해도 된다는 의미는 아닙니다. 우선 배출 자체를 줄이고, 줄이기 어려운 배출과 이미 대기에 축적된 CO₂를 제거하는 수단으로 DAC를 활용하는 접근이 중요합니다.
10. 앞으로 직접공기포집은 어떻게 발전할까
DAC의 미래에서 가장 중요한 목표는 더 적은 에너지와 비용으로 더 많은 CO₂를 제거하는 것입니다.
이를 위해 연구자들은 새로운 흡수제와 흡착제를 개발하고, 포집 물질을 더 오래 사용할 수 있도록 만들며, 공기와 CO₂의 이동 과정을 최적화하고 있습니다.
고성능 흡착제·흡수제 개발
↓
재생 에너지 감소
↓
에너지 효율적인 팬과 공기 접촉기 개발
↓
대형 모듈화
↓
공장형 대규모 DAC 시설 구축
↓
CO₂ 저장 인프라 확대
또한 DAC는 저탄소 전력과 저온 열원을 어떻게 연결하느냐가 중요합니다.
태양광과 풍력 같은 재생에너지뿐 아니라 산업폐열, 지열, 원자력 등 다양한 저탄소 에너지원을 DAC 공정에 활용할 가능성도 연구되고 있습니다.
DAC 시설을 대규모로 구축하면 포집된 CO₂를 한곳에 모아 압축하고 저장하는 인프라도 함께 발전해야 합니다.
미국 에너지부는 DAC를 상업 규모로 확대하기 위해 지역별 DAC 허브를 추진하고 있으며, 기술 개발의 핵심 목표 가운데 하나로 비용을 낮추면서 실제 대규모 탄소제거가 가능하도록 만드는 것을 제시하고 있습니다.
대기에서 CO₂ 포집
↓
CO₂ 농축
↓
압축 및 운송
↓
지하 영구 저장 또는 장기 활용
↓
저장량 모니터링·검증
↓
실제 탄소제거량 확인
앞으로는 단순히 DAC 장치의 크기를 키우는 것보다 포집·에너지·운송·저장·모니터링을 하나의 시스템으로 최적화하는 것이 중요해질 가능성이 큽니다.
결국 DAC가 상용 규모의 탄소제거 기술로 자리 잡으려면 기술 효율뿐 아니라 경제성, 저탄소 에너지 공급, 저장 안전성, 사회적 수용성까지 함께 해결해야 합니다.
11. 자주 묻는 질문
Q1. DAC는 공기청정기와 같은 기술인가요?
다릅니다. 공기청정기는 미세먼지나 일부 오염물질을 제거하는 데 목적이 있지만 DAC는 대기 중에 매우 적은 농도로 존재하는 CO₂를 선택적으로 포집해 분리하는 기술입니다.
Q2. DAC로 공기 중 이산화탄소를 모두 없앨 수 있나요?
현실적으로는 불가능합니다. DAC의 목적은 대기 중 CO₂를 필요한 만큼 제거하는 것이며, 대기에서 모든 CO₂를 제거하는 기술이 아닙니다. 또한 대기 중 CO₂ 농도가 낮기 때문에 대규모 설비와 많은 에너지가 필요합니다.
Q3. DAC와 CCS는 같은 것인가요?
같지 않습니다. DAC는 대기에서 CO₂를 포집하는 기술이고, CCS는 포집한 CO₂를 운송하고 저장하는 전체적인 탄소 포집·저장 체계를 의미합니다. DAC와 CCS를 결합하면 DACCS가 됩니다.
Q4. DAC로 포집한 CO₂를 다시 제품에 사용하면 탄소가 완전히 제거되나요?
제품의 종류와 사용 방식에 따라 다릅니다. CO₂가 오랫동안 안정적으로 저장되는 제품이라면 장기적인 제거 효과를 기대할 수 있지만, 연료처럼 다시 연소되는 방식이라면 CO₂가 대기로 돌아올 수 있습니다.
Q5. DAC는 친환경 에너지를 사용해야 하나요?
탄소제거 효과를 높이기 위해서는 매우 중요한 요소입니다. DAC는 공기를 이동시키고 CO₂를 분리·압축하는 과정에서 에너지를 사용하기 때문에 그 에너지를 생산하는 과정의 탄소배출까지 함께 고려해야 합니다.
Q6. DAC의 가장 큰 문제는 무엇인가요?
현재 가장 큰 과제 가운데 하나는 비용과 에너지입니다. 대기 중 CO₂ 농도가 낮기 때문에 많은 공기를 처리해야 하고, 포집 물질을 재생하고 CO₂를 압축하는 과정에서도 에너지가 필요합니다.
Q7. DAC가 발전하면 기후변화 문제를 해결할 수 있나요?
DAC 하나만으로 기후변화 문제를 해결할 수 있는 것은 아닙니다. 온실가스 배출량 자체를 줄이는 것이 우선이며, DAC는 감축하기 어려운 배출과 이미 대기 중에 축적된 CO₂를 제거하는 보완 기술로 활용될 가능성이 있습니다.
마무리
직접공기포집, DAC는 대기 중에 존재하는 이산화탄소를 직접 포집해 제거하는 탄소저감 기술입니다.
공장이나 발전소의 굴뚝에서 배출되는 CO₂를 잡는 기존 탄소포집과 달리 주변의 일반적인 공기를 장치 안으로 끌어들인 뒤 그 안에 포함된 CO₂만 선택적으로 분리한다는 점이 특징입니다.
액체 용매나 고체 흡착제 등이 CO₂를 붙잡고, 열이나 진공 등의 방법으로 다시 분리하면 고농도의 CO₂를 얻을 수 있습니다.
이렇게 얻은 CO₂는 지하 깊은 곳에 장기간 저장하거나, 건축자재와 화학제품 등 특정 제품의 원료로 활용할 수 있습니다.
하지만 DAC가 실제 탄소제거 기술로 자리 잡으려면 해결해야 할 과제가 많습니다.
대기 중 CO₂ 농도가 낮기 때문에 많은 공기를 처리해야 하고, 포집 물질을 재생하거나 CO₂를 압축하는 과정에서도 상당한 에너지가 필요합니다.
또한 포집한 CO₂를 영구적으로 저장할 장소와 운송시설, 장기간 안전성을 확인하기 위한 모니터링 시스템도 필요합니다.
따라서 DAC의 미래는 단순히 “공기에서 CO₂를 잘 잡는 기술”을 만드는 데서 끝나지 않습니다.
낮은 에너지와 비용으로 CO₂를 포집하고, 저탄소 에너지를 이용하며, 포집한 탄소를 장기간 안전하게 저장할 수 있는 전체 시스템을 구축하는 것이 핵심입니다.
앞으로 흡수제와 흡착제 기술이 발전하고 대형 설비의 생산비용이 낮아진다면 DAC는 이미 대기 중에 쌓인 탄소를 줄이는 새로운 방법으로 활용될 가능성이 있습니다.
다만 DAC는 기존의 탄소배출 감축을 대신하는 기술이 아니라 배출 감축과 함께 사용해야 하는 탄소제거 기술이라는 점을 기억할 필요가 있습니다.
결국 직접공기포집은 공기 속에 아주 적은 양으로 존재하는 이산화탄소를 다시 골라내 대기에서 탄소를 되돌려 놓는 미래형 탄소관리 기술이라고 볼 수 있습니다.
DAC는 대기 중의 이산화탄소를 직접 포집하는 기술입니다.
공장이나 발전소가 아닌 일반적인 주변 공기를 대상으로 합니다.
액체 용매나 고체 흡착제 등을 이용해 CO₂를 선택적으로 붙잡습니다.
열이나 진공 등을 이용해 포집 물질에서 CO₂를 다시 분리할 수 있습니다.
포집한 CO₂는 지하에 영구 저장하거나 장기간 저장 가능한 제품에 활용할 수 있습니다.
DAC와 저장을 결합한 방식을 DACCS라고 부릅니다.
대기 중 CO₂ 농도가 낮기 때문에 많은 공기를 처리해야 합니다.
공기 이동과 포집 물질 재생, CO₂ 압축 등에 상당한 에너지가 필요합니다.
현재는 높은 비용과 에너지 사용량, 대규모 저장 인프라가 주요 과제입니다.
앞으로는 고성능 흡착제와 저탄소 에너지, 대형화 기술이 상용화의 핵심이 될 가능성이 높습니다.
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