넷제로 달성에 필요한 "C-테크" 스케일업 성공조건 - 맥킨지 지속가능성 보고서심층적인 탈탄소화deep decarbonization를 달성하는 데 필요한 많은 기후 기술이 이미 존재합니다. 이제 과제는 혁신과 스케일업을 가속화하여 기술 및 상업적 혁신을 달성하는 것입니다. 탄소 배출을 피하거나 줄이거나 포집하고 탄소 집약적인 기존 기술을 대체할 수 있는 성숙한 기후 기술의 발전는 지난 10년 동안 크게 가속화되었으며, 종종 예상을 뛰어넘는 속도로 진행되었습니다. 각국이 지구 온난화를 산업화 이전 대비 2°C 미만으로 제한하는 기후 목표를 달성하기 위해 노력함에 따라 이러한 기후 기술의 확장은 그 어느 때보다 중요해졌으며, 이는 196개국이 법적 구속력이 있는 2015년 파리 기후변화 협약에서 약속한 목표입니다. 맥킨지의 분석에 따르면 12가지 범주의 기후 기술이 대규모로 도입될 경우 총 온실가스 배출량의 90%를 감축할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 기후 기술들은 상호 의존성이 매우 높기 때문에 함께 확장돼야 합니다. 이러한 기술들은 기술적으로 입증되어야 할 뿐만 아니라(이미 많은 기술이 입증되었지만) 상업적으로도 실현 가능해야 합니다. 그리고 중요한 것은 탈탄소화를 촉진하기 위한 지속 가능한 기술 솔루션을 찾는 것이 경제성 및 에너지 안보와 같은 다른 목표와 병행하여 추진되어야 한다는 것입니다. 12개 기술 범주의 성숙도는 고르지 않습니다. 10%만이 상업적으로 경쟁력이 있고, 나머지 45%는 상업적으로 이용 가능하지만 경쟁력을 갖추기 위해서는 혁신과 규모 확대를 통한 추가 비용 절감이 필요합니다. 나머지는 잠재력은 크지만 아직 초기 단계에 머물러 있습니다. 따라서 기술 및 상업적 확장 메커니즘을 파악하고 이해하며 우선순위를 정하는 것이 최우선 과제입니다. 이 글은 맥킨지가 2024년에 발간할 예정인 기후 기술에 관한 전체 보고서의 프리뷰입니다. 이 보고서에서는 12가지 기술 범주의 잠재력과 함께 각기 다른 성숙도, 주요 확장 메커니즘, 확장 문제를 극복하기 위한 몇 가지 경로를 제시하고 있습니다. 혁신을 촉진하고 비용을 절감하려면 기후 기술 투자가 매년 약 10%씩 증가하여 2030년까지 약 2조 달러에 도달해야 하며, 이는 전 세계 GDP의 약 1~2%에 해당하는 수치입니다. "다양한 성숙도를 가진 12가지 범주의 기후 기술은 대규모 배출량 감축의 가능성을 제시합니다." 여기에 설명된 12가지 범주의 기후 기술은 기초 과학과 시스템 수준의 확장 메커니즘에서 상호의존성을 통해 서로 연결되어 있습니다(예시 1 참조). 예를 들어, 태양열 및 풍력 에너지와 같은 재생 에너지는 점점 더 많이 보급되고 있으며 일부 지역에서는 이미 화석 연료와 가격 경쟁력이 있는 반면, 탄소 제거 기술 및 대체 단백질alternative proteins은 초기 개발 단계에 있습니다. 재생 에너지는 다른 많은 분야를 뒷받침하지만 단독으로는 넷제로 목표를 달성하지는 못합니다.
■ 12가지 기후 기술 CLIMATE TECHNOLOGIES ◆ 배터리리튬 이온 배터리를 사용하는 배터리 전기차는 자동차 주행 모든 과정tank to wheel에서 높은 에너지 효율의 이점을 누릴 수 있습니다. 배터리 전기차는 내연기관 차량에 비해 수명 기간 동안 배출되는 탄소 배출량이 85%까지 낮지만, 배출량 감소는 지역 전력 조합과 일반적으로 배터리 전기차의 업스트림 배출량의 40~60%를 차지하는 배터리 팩의 탄소 배출량 발자국에 따라 달라질 수 있습니다. 배터리는 최근 강력한 성장세를 보이고 있으며 2030년까지 매년 25%씩 성장할 것으로 예상되며, 배터리 셀 비용은 지난 10년간 10배 이상 감소하여 예측치를 꾸준히 상회하며 배터리 전기차가 기존 내연기관 차량과의 가격 경쟁력에 근접할 수 있게 되었습니다. 배터리를 더욱 확장하려면 원자재 채굴 및 정제, 활성 물질 제조, 생산 장비, 셀 제조 램프업 및 수율 개선 등 엔드투엔드 가치 사슬 전반에 걸쳐 상당한 투자가 필요합니다. 단기적인 기술 혁신은 에너지 밀도와 고속 충전 기능 개선에 초점을 맞춰야 합니다. 예를 들어, 양극의 흑연 일부를 실리콘 나노 구조로 대체하거나 반고체 및 고체 배터리로 발전하여 배터리 무게 1kg당 더 많은 에너지를 저장하는 등의 방법으로 이를 달성할 수 있습니다. 배터리 재활용 기술이 개선되면 배터리 등급의 재활용 소재를 생산하여 순환형 배터리 소재 생태계에 기여하고 배터리 소재 조달에 따른 환경 영향을 줄일 수 있습니다. ◆탄소 포집, 활용 및 저장 Carbon capture, utilization, and storage (CCUS)이러한 기술은 시멘트나 철강 공장, 발전 시설과 같은 산업 공정에서 배출되는 이산화탄소를 포집한 다음 운송, 전환 또는 장기 저장하는 기술입니다. 또한 천연가스에서 저탄소 수소low-carbon hydrogen를 생산하는 데도 필요합니다. CCUS는 다른 감축 노력이 모두 소진된 후 잔여 배출량을 줄이는 데 사용할 수 있습니다. CCUS는 직접적인 수익 창출 경로를 제공하지 않고 산업 및 전력 업체에게 추가 비용을 발생시키므로 비용 절감이 필요합니다. 예를 들어, 암모니아 중의 수소 원자를 탄화수소기로 치환하여 얻는 화합물인 아민 기반 용매amine-based solvents는 수십 년 동안 천연가스에서 이산화탄소를 분리하여 유정에 주입하여 석유 회수율을 높이는 데 사용되어 왔습니다. 새로운 액체 용매, 고체 흡착제, 멤브레인membranes, 극저온 기술 등 다른 포집 기술에서도 혁신이 계속되고 있습니다. 비아민계 용매는 탈착 및 압축 공정에 필요한 전력을 줄여 에너지 사용량을 40% 절감하고, 산소 연료 연소는 열 손실을 줄이며, 흡착 기술은 재생 에너지를 절감하는 등 이러한 새로운 기술은 에너지 사용과 궁극적으로 비용을 줄일 수 있습니다. CCUS를 더욱 확장하려면 파이프라인과 저장소에 대한 명확한 규제 및 허가 환경이 필요합니다. ◆순환 기술Circular technologies
여기에는 재료의 수명 기간 동안 발생하는 CO2 배출량을 줄이는 동시에 재료의 수명 가치를 극대화하는 것을 목표로 하는 다양한 접근 방식이 포함됩니다. 알루미늄, 플라스틱, 화학물질과 같은 소재의 재순환은 생산 과정을 1차 생산에서 재활용으로 전환하고 소재의 온실가스 집약도를 줄입니다. 예를 들어, 효율성을 높이면 저결합 콘크리트 및 시멘트 생산을 위한 제품 설계를 통해 필요한 재료의 양을 줄일 수 있습니다. 철강 재활용을 위한 전기 아크로와 같은 일부 물질 재순환 기술은 이미 상업적으로 성숙해 있습니다. 플라스틱을 화학적으로 재활용하기 위한 열분해 처리, 레이저 유도 분해 분광법 및 X-선 형광과 같은 선별 기술 등은 상용화를 위해 더 많은 혁신이 필요합니다. 물질의 재순환을 확대하려면 수거, 재활용, 가치 사슬로의 재투입을 관리하기 위해 공급망 전반에 걸친 협력이 필요합니다(예: 회수 프로그램, 단순 장기 계약offtake agreements, 업계 목표). 폐기물을 보관, 분류, 처리하기 위한 추가 폐기물 인프라에 대한 투자는 산업 전반의 순환을 활성화하는 데 매우 중요합니다. ◆에너지 저장Energy storage
재생 에너지가 확대됨에 따라 대규모 에너지 저장이 필요할 것입니다. 이 기술에는 단기 및 중기 에너지 저장을 위한 리튬 이온 배터리 시스템과 장기 에너지 저장을 위한 기타 전기화학, 열, 기계 및 화학 시스템이 포함됩니다. 맥킨지의 분석에 따르면 2030년까지 약 350기가와트(GW)의 단기 및 중기 에너지 저장장치와 약 400GW의 장기 에너지 저장장치가 필요할 것으로 예상됩니다. 양수발전pumped hydro, 용융염molten salt, 압축 공기 등 일부 저장 기술은 유틸리티 규모의 프로젝트가 이미 구축되어 다소 성숙해졌지만, 고정식 배터리를 개선하기 위해서는 유황sulfur 및 실리콘과 같은 저비용 고성능 소재에 대한 혁신이 필요합니다. 제품형 공장(압축 공기 저장장치의 경우) 또는 기가팩토리 접근 방식(전기화학 배터리의 경우)은 제조 비용을 절감하는 데 도움이 될 것입니다. 다양한 저장 기술 포트폴리오가 필요할 것입니다. 이는 국가별로 다르며 지역 지질 조건과 필요한 그리드 밸런싱의 정도에 따라 달라집니다. ◆공학적 탄소 제거Engineered carbon removals
이는 대기 중 이산화탄소를 제거하는 다양한 기술 기반chnology-based 방법을 의미합니다. 여기에는 다음과 같은 기술들이 포함됩니다.- 직접 공기 포집 및 저장(DACS): 공기가 화학 필터 역할을 하는 고체 흡착제 또는 액체 용매를 통과하여 CO2를 결합한 다음 저장하는 방식입니다.- 지속 가능한 방식으로 공급되는 바이오매스를 산업 공정에 사용하여 바이오 연료, 전기 또는 열을 생산하고 이러한 공정에서 배출되는 생물학적 CO2를 포집 및 저장하는 바이오에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS).- 지속 가능한 방식으로 공급되는 바이오매스를 산소가 없는 상태에서 가열하여 탄소가 풍부한 물질을 생성하는 방식으로 생산되는 바이오 숯 및 바이오 오일.- 암석과 광물을 분해하여 표면적을 넓혀 대기 중 탄소를 제거하고 저장하는 강화된 풍화 작용enhanced weathering. 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)는 공학적 탄소 제거가 다른 감축 수단을 모두 사용한 후에도 기업이 잔여 탄소 배출을 제거할 수 있기 때문에 2050년까지 넷제로를 달성하는 데 중요한 수단이라고 밝혔습니다. 그러나 CCUS와 같은 탄소 제거는 구매자에게 추가 비용이 발생하므로 구매자에게는 신속한 비용 절감이 필요합니다. 현재 사용되고 있는 제거 기술의 초기 비용이 높기 때문에 이러한 비용을 낮추기 위해서는 기술별 혁신이 필요합니다. 또한 신용 가치를 보장하기 위해 구매자에게 완전한 투명성이 필요합니다. 이는 제거 기술 전반에 적용 가능한 탄소 제거 크레딧에 대한 명확한 표준 및 규제 시스템을 구축함으로써 촉진될 수 있습니다. ◆히트 펌프Heat pumps
히트 펌프는 가스 용광로 및 보일러보다 2.0~4.5배 더 효율적입니다. 히트펌프는 가스 압축 및 팽창을 통한 냉매 사이클을 사용하여 증발기에서 응축기로 열을 전달합니다. 여기에 활용되는 기술에는 실외 공기를 사용하는 공기열원 열펌프, 땅속에 묻혀 지구의 온도를 이용하는 지열(또는 지열원) 열펌프, 땅이나 호수, 강에서 나오는 물을 사용하는 수열원 열펌프가 있습니다. 열 펌프는 비교적 성숙한 기술이지만, 비용을 절감하고 성능 계수(열 펌프 효율의 척도)를 개선하기 위해서는 여전히 부품 수준에서 혁신이 필요합니다. 탄화수소, 공기, 물과 같이 지구 온난화 가능성이 낮은 냉매와 히트 펌프의 가장 큰 에너지 및 비용 동인인 압축기 기술을 더욱 발전시켜야 합니다. 주거용 및 상업용 히트펌프의 보급을 확대하려면 가정, 특히 임차인을 지원하기 위한 비즈니스 모델 혁신과 자금 조달 메커니즘이 필요합니다. 초기 자본 비용에는 히트펌프로의 전환과 건물 단열 개선이 모두 포함됩니다. 또한 여러 지역에 걸쳐 대규모로 열 펌프를 설치하려면 숙련된 인력이 필수적입니다. ◆수소 Hydrogen
청정 수소clean hydrogen(재생 가능 및 저탄소 수소 모두)는 현재 전 세계 배출량의 약 20%를 차지하는 철강, 시멘트, 화학 등의 부문을 심층적으로 탈탄소화할 수 있는 옵션을 제공합니다. 수소와 암모니아, 메탄올 등의 유도체는 비행기, 선박, 대형 차량 및 기타 형태의 대형 운송수단에 동력을 공급하는 데 사용될 수 있습니다. 또한 수소는 재생 에너지를 분자로 저장할 수 있고 그리드 블렌딩과 장거리 운송이 가능하기 때문에 재생 에너지의 통합을 용이하게 합니다. 저탄소 수소는 천연가스에서 증기 메탄 또는 탄소 포집 및 저장을 통한 자동 열 개질을 사용하여 생산할 수 있으며, 기존 회색 수소에 비해 탄소 배출량을 80~95%까지 줄일 수 있습니다. 저탄소 수소 생산 기술은 성숙해졌지만 탄소 포집 및 저장 기술의 추가 혁신과 비용 절감에 달려 있습니다. 재생 가능한 수소는 물 전기분해를 사용하여 재생 에너지로부터 생산할 수 있으며, 알칼리 전해조와 양성자 교환막 전해조는 현재 이 공정에서 가장 성숙한 기술이며, 고효율 고체 산화물 전해조, 음이온 막 전해조, 무막 또는 모세관 공급 전해조, 해수 전기분해 및 기타 개발 초기 단계의 혁신 기술들이 있습니다. 현재 청정 수소의 빠른 스케일업을 가로막는 주요 장벽은 비용 절감 곡선의 초기 단계에서 장기적인 물량을 확보하는 문제입니다. 청정 수소 프로젝트 파이프라인은 2022년 5월부터 2023년 1월까지 35% 증가했으며 계속해서 빠르게 발전하고 있지만, 확실한 오프테이크의 부족으로 인해 최종 투자 결정이 지연되고 있습니다. 따라서 수소 스케일업은 여전히 생산세 공제 및 차액 계약과 같은 자금 조달 메커니즘에 의존하고 있습니다. 장기계약offtake이 확보되면 청정 수소 생산을 위한 첫 번째 메가 프로젝트의 성공적인 납품은 향후 프로젝트의 불확실성을 크게 줄이고 더 저렴한 자금 조달에 대한 접근을 열어 확장에 결정적인 역할을 할 것입니다. ◆원자력Nuclear
전통적인 핵분열 기술, 즉 대규모 2세대 및 3세대+ 원자로는 상업적으로 성숙한 기술로서 현재 440개의 원자로가 전 세계 전력 생산량의 약 10%를 공급하고 있습니다. 높은 건설 비용과 비용 초과, 여러 지역의 폐기물 및 사용 후 연료 장기 보관에 대한 해결되지 않은 문제 등이 과제로 남아 있습니다. 비용 절감을 위해서는 기존 3세대+ 및 4세대 기술에 대한 더 빠른 혁신이 필요합니다. 공장에서 제작된 소형 모듈형 원자로는 램프업 시간을 단축하고 초기 비용을 낮추면서 유연한(독립형) 전력을 제공할 수 있지만, 아직 상업적으로 성숙하지 않았습니다. 원자력 발전소의 규모 확대는 발전소 건설에 필요한 인허가 요건의 표준화에 달려 있으며, 이를 통해 지연과 추가 비용을 방지할 수 있습니다. 또한 민관 컨소시엄은 덜 성숙한 기술을 가속화하는 데 핵심적인 역할을 하며, 역량 강화를 통해 숙련된 노동력 부족 문제를 해결하기 위해서는 업계와 정부 간의 협력이 필수적입니다. ◆재생에너지Renewables
재생에너지 발전 용량은 2015년과 2020년 사이에 거의 두 배로 증가했습니다. 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오매스 등 재생 가능한 자원을 사용하는 대부분의 에너지 생산 기술은 이미 기술적으로 성숙했으며, 태양광 발전(PV)과 육상 및 해상 풍력 터빈은 가장 큰 성장과 가장 성공적인 확장을 보여주고 있습니다. 태양광 발전으로 생산된 전기는 2015년부터 2021년까지 매년 25%씩 증가했으며, 이는 설치 기반이 4배 증가한 것에 해당합니다. 여러 지역에서 설치가 둔화되는 것을 방지하기 위해 간헐성intermittency 등의 과제를 극복해야 합니다. 또한 중장기적인 저장소 통합과 느리게 진행되는 전력망 현대화, 장기적인 자재 공급 및 접근성 등의 문제를 해결해야 합니다. 재생에너지 발전 비용을 더욱 절감하기 위해서는 구체적인 기술 혁신이 필요합니다. 더 높은 효율을 제공하는 페로브스카이트 태양전지perovskite solar cells와 더 낮은 비용으로 더 큰 유연성을 제공하는 유기 박막 전지organic thin film cells, 부유식 해양 플랫폼과 공중 풍력 에너지 시스템과 같은 기술 혁신이 상업적으로 대규모로 확장할 수 있는 잠재력을 가지고 있기 때문에 근본적인 단계의 변화가 일어날 것입니다. ◆지속 가능한 연료Sustainable fuels
운송 부문은 오늘날 전 세계 총 배출량의 15% 이상을 차지하며, 항공, 해운, 일부 대형 도로 운송 등 전기화가 어려운 부문의 탈탄소화를 위해서는 화석 탄화수소 연료에 대한 대안이 필요합니다. 지속 가능한 연료에는 기존의 바이오매스 기반 연료, 현재의 디젤, 가솔린, 제트연료와 동등한 품질 규격과 기존 인프라를 ‘있는 그대로(Drop-in)' 사용할 수 있는 드롭인 지속 가능한 연료(e-제트와 같은 드롭인 수소 기반 전자 연료 포함), 엔진 또는 인프라 개조가 필요한 비드롭인 연료(e-암모니아 및 e-메탄올 포함)가 포함됩니다. 재생 가능한 디젤과 등유를 생산하기 위해 지질을 수소 처리하는 것과 같이 바이오매스를 연료로 전환하는 일부 기술은 비교적 성숙되어 있습니다. 비용을 낮추고 가용성을 높이려면 혁신이 필요하며, 특히 대부분의 전자 연료e-fuels는 아직 시범 및 파일럿 단계에 머물러 있습니다. 다양한 합성 연료 전환 기술과 이러한 기술에 수반되는 여러 단계는 최초의 투자에 대한 도전과 위험을 의미하며, 고품질 연료를 생산하기 위해 다운스트림 정제 과정에서 정교한 역량과 자산이 요구됩니다. 이러한 복잡한 가치 사슬은 여러 가치 사슬 플레이어 간의 협력이 확장의 핵심 요소가 될 것임을 의미합니다. ◆자연 기후 솔루션을 지원하는 기술Technologies supporting natural climate solutions
자연 기반 프로젝트는 대기 중 탄소를 제거하거나 배출을 방지합니다. 여기에는 조림, 재조림, 산림 및 이탄지 파괴 방지, 이탄지 복원, 화재 및 사바나 관리와 같은 육상 생태계terrestrial ecosystems가 포함됩니다. 이러한 기술은 이미 다양한 프로젝트에서 검증되어 활용되고 있습니다. 활용을 확대하려면 혁신은 규제 표준화, 기술 기반 투명성, 지역 사회 참여를 통해 이러한 프로젝트의 확장성을 더욱 높이고 품질을 검증하는 데 초점을 맞춰야 합니다. 해양 생태계에서 새롭게 떠오르는 자연 기후 솔루션(NCS. natural climate solutions)에는 천연 염습지, 맹그로브, 해초, 다시마 숲을 보호 및 복원하거나 탄소 제거 및 방지를 위한 해조류 양식장을 조성하는 것이 포함됩니다. 여기에는 자연계에 미치는 영향을 완전히 투명하게 공개하여 시장에서 신뢰를 구축하기 위한 혁신이 필요합니다. 생물다양성 크레딧biodiversity credits 및 기타 자연 크레딧nature credits(예: 질소 또는 물)과 같은 수익원, 임업 및 관련 프로젝트에 일반적으로 필요한 10년의 투자 회수 기간을 연결할 수 있는 금융 수단은 자연 기후 솔루션NCS의 확장 메커니즘에서 중요한 부분입니다. ◆대체 단백질 생산 기술Technologies to produce alternative proteins
대체 단백질에는 다음이 포함됩니다.
- 대두, 완두콩, 밀 및 기타 식물에서 추출한 식물성 단백질
- 살아있는 미생물에서 추출한 미생물 기반 발효 단백질(예: 식물성 단백질을 미생물을 통해 발효시키는 미생물 발효 사용)
- 생물 반응기 및 원심분리기를 사용하여 동물 세포에서 세포 배양한 단백질 오늘날 전 세계 탄소 배출량의 약 15%는 육류, 유제품, 달걀, 양식업 등 동물성 단백질animal-based protein 생산에서 발생합니다. 식물성 단백질은 동물성 단백질에 비해 상당한 프리미엄이 붙으며, 배양육cultivated meat과 같은 새로운 대체 단백질은 아직 상업화되기 전 단계에 있습니다.하지만 10년이 채 되지 않아 기업들은 재배 육류의 생산 비용을 99%까지 절감한 것으로 알려졌습니다. 식물성 단백질의 경우, 건강 및 감각적 특성을 극대화하고 식감을 개선하기 위해 식물 유전학 및 압출 기술을 조정하는 단기적인 혁신이 필요합니다. 발효 기반 단백질Fermentation-based proteins은 공정 성숙도를 개선하고, 저렴한 공급 원료와 유틸리티를 위한 부지 선택을 최적화하며, 파일럿 규모 이상의 발효 용량을 확장할 수 있는 기회를 제공합니다. 배양 단백질은 완제품의 질감을 개선하기 위해 바이오리액터 기술bioreactor technologies(특수 목적의 대규모 바이오리액터 포함), 저비용 배양 배지, 배양 및 생산 공정의 순도 등의 추가적인 혁신이 필요합니다. 대체 단백질의 스케일업을 달성하려면 소비자 및 투자자의 신뢰를 높이기 위한 규제 명확성도 필요합니다. "기후 기술의 비용 절감을 위해서는 혁신과 확장이 함께 이루어져야 합니다." 기후 기술은 빠르게 발전해 왔으며, 분석에 따르면 2050년 기준 온실가스 배출량의 90%까지 기존 기후 기술을 통해 감축할 수 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 기술적 준비 상태와 상업적 성숙도 사이에는 차이가 있습니다. 분석 결과, 기후 기술로 인한 감축 잠재력의 10%만이 이미 상업적으로 완전히 성숙하여 전 세계에 배포된 기술에서 비롯된 것입니다(예시 2 참조). 여기에는 원자력, 수력, 지열, 알루미늄 재활용, 그리고 전력망에 여유가 있는 유리한 지역의 태양광 및 풍력 설치가 포함됩니다. 추가 감축 잠재력의 45%는 대부분의 태양광 및 풍력 발전, 전기 자동차, 바이오 연료, 열 펌프, 플라스틱 화학물질 재활용 등 초기 도입 및 상용화 단계에 있는 기술에서 나올 수 있습니다. 이러한 기술은 이미 그 확장성이 입증되었지만 단기 및 중기적으로 기존 기술과 경쟁력을 갖추기 위해서는 추가적인 지원이 필요합니다.
감축 잠재량의 40%는 혁신 초기 단계에 있고 시범 프로젝트나 프로토타입을 통해 확장 가능성을 입증하기 시작했지만, 여전히 기술 준비 상태를 검증하고 상용화 가능성을 입증할 수 있는 대규모의 기회가 필요합니다. 소형 모듈형 원자로, 고체 배터리, 직접 공기 포집 및 저장, 콘크리트 재활용 등이 해당.됩니다. 기후 기술은 과거보다 더 빠르게 성숙해지고 있으며, 특히 태양광, 풍력, 배터리와 같이 기술적으로 성숙한 기술은 지난 10년간 인상적인 성장 궤도를 그리며 지속적으로 예측을 앞질렀습니다. 예를 들어, 2030년 전 세계에 설치될 태양광 발전 용량에 대한 IEA의 2019년 예측은 2006년 예측의 20배가 넘습니다. 예시 3은 태양광, 풍력, 수소의 빠른 성장을 보여줍니다.
기술, 프로세스, 비즈니스 모델의 혁신이 이러한 가속화에 기여하고 있습니다. 성숙한 기술의 경우, 지열 발전소의 전력 용량을 늘리기 위한 수평 시추나 태양광 발전 설치를 가속화하기 위한 로봇 공학 활용 등 혁신은 활용을 가속화하는 데 중점을 두고 있습니다. 덜 성숙한 기후 기술의 경우 성능과 효율성을 개선하고 직접포집·저장DACS, 4세대 및 소형 모듈형 원전, 배양 단백질과 같은 새로운 솔루션을 시장에 출시하는 데 도움이 되는 보다 근본적인 기술 혁신이 필요합니다. "기후 목표를 달성하기 위해서는 재생에너지와 배터리가 역사적인 성장률을 대규모로 유지해야 하며, 다른 기술도 그 궤도를 따라잡아야 합니다." 2050년 기후 목표를 달성하기 위해서는 재생에너지와 배터리가 현재의 높은 성장률을 유지해야 합니다. 분석에 따르면 2030년까지 설치 용량을 2021년 대비 5배 이상 늘릴 수 있을 것으로 예상되고 있습니다(예시 4 참조).
이 정도 규모의 성장은 이전의 에너지 시스템 변화와 비교하면 놀라울 정도로 빠른 속도입니다. 예를 들어 석탄, 원유, 천연가스가 전 세계 에너지 공급의 5%에서 각각 전체 시장의 40%, 30%, 20%로 성장하는 데는 반세기가 걸렸습니다. 반면, 현재의 성장률이 유지된다면 태양광과 풍력은 2015년 전 세계 에너지 공급의 약 5%에서 2030년에는 40%로 성장할 것입니다. 그러나 이러한 수준의 성장을 유지하는 것은 여러 가지 이유로 더욱 어려워질 수밖에 없습니다. 첫째, 분석에 따르면 전 세계 재생에너지 용량의 80%가 제로 금리에 가까운 시기에 설치되었으며, 2022년 이후 금리 상승으로 인해 이미 비용 증가와 투자 결정 지연으로 이어지고 있습니다. 둘째, 송전 및 저장 인프라에 대한 투자는 전력 시스템에서 간헐적 재생 에너지의 비중이 증가함에 따라 증가하여 전체 비용을 증가시키고 있습니다. 셋째, 건설해야 할 프로젝트의 양이 너무 많아서 토지, 노동력, 자재의 가용성 저하 등 시스템의 병목 현상이 발생하고 있습니다. CCUS 및 탄소 제거와 같은 신흥 및 차세대 기술의 경우, 기후 목표에 부합하려면 성장 속도를 가속화해야 합니다. 이러한 기술들이 잠재력을 최대한 활용하려면 태양광과 풍력이 경험한 성장률을 따라잡아야 하는데, 현재 그런 궤도에 오르지 못하고 있습니다. "성숙한 기후 기술을 확장하려면 더욱 신속하고 가파른 비용 절감이 필요합니다." 많은 기후 기술이 괄목할 만한 비용 절감을 달성했지만, 2030년까지 상업적으로 실행 가능한 스케일업을 지원하려면 추가적인 비용 절감이 필요합니다(예시 5 참조).
맥킨지의 분석 결과, 재생에너지와 배터리 전기자동차라는 두 가지 기술 카테고리는 추가적인 정책 지원 없이도 많은 국가에서 2030년까지 비용 평준화를 달성할 수 있는 궤도에 올라섰지만, 모든 국가에서 모든 사용 사례use cases에 적용되는 것은 아닙니다. 특히 태양열과 풍력 자원이 풍부하고 송전망이 튼튼하며 재생에너지 보급률이 상대적으로 낮은 국가에서 이러한 현상이 두드러집니다. 그러나 이미 전력망에 포함된 재생 에너지의 비율에 따라 배치의 한계 비용이 증가하고 있습니다. "기후 기술은 일반적으로 3단계의 개발 단계를 거쳐 비용 경쟁력을 갖추고 전 세계에서 활용됩니다." 역사적으로 기후 기술이 어떻게 확장되어 왔는지 살펴보면, 탄소 저감량carbon abatement으로 측정했을 때 활용이 100배 증가할 때마다 비용이 2배에서 8배까지 절감되는 것을 알 수 있습니다(예시 6 참조).
이 패턴의 두 가지 필수 동인은 효율성을 높이기 위한 R&D와 같은 혁신에 대한 지출과 산업화를 통한 규모의 경제 달성입니다. 이 두 가지 동인의 필요 비율은 단계에 따라 다릅니다. 1. 초기 혁신. 기술 성숙도가 낮은 기술은 확장을 위해 기술적 실현 가능성을 입증해야 합니다. 따라서 이 단계의 R&D는 효율성을 높이기 위한 핵심입니다. 또한 얼리어답터들을 대상으로 제품의 가치를 시장에 선보이고 규모의 경제에 대한 조기 검증 지점을 확보해야 합니다. 역사적으로 배터리는 이 단계에서 5배의 비용 절감을 달성했습니다. 직접 공기 포집 및 저장은 현재 이 단계에 있는 기술 중 하나입니다. 10여 년 전부터 연구실에서 프로젝트가 시작되었고, 이제 첫 번째 프로젝트가 현장에 적용되고 있으며, 이는 이 기술이 규모의 경제의 이점을 누릴 준비가 되었음을 나타냅니다. 2. 상업화 가속화. 제품이 기술적으로 성숙해지면 산업화의 상대적 중요성이 커집니다. 역사적으로 태양광과 해상 풍력 모두 두 배의 비용 절감을 달성했습니다. 이 단계에서는 공급망의 규모를 확대하고 배치 및 고객 수요에 맞춰 제조하는 데 중점을 둡니다. 규모의 경제를 달성하기 위해 공급업체와 고객 관계를 발전시켜야 하며, 투자 위험을 줄이기 위해 금융을 확보해야 합니다. 산업화에는 혁신도 필요합니다. 예를 들어, 재생 수소의 알칼리성 전해조 기술은 성숙기에 접어들었으며, 전해조 제조업체는 2020년부터 2025년까지 스택 수준의 비용을 60% 이상 절감하기 위해 현재 생산 및 프로젝트 개발을 산업화하는 데 주력하고 있습니다. 이를 위해서는 예측 가능한 수요와 탄탄한 프로젝트 파이프라인이 필요합니다. 미국 인플레이션 감소법의 청정 수소 생산 세금 공제, 유럽연합의 산업에 대한 최종 사용 의무와 같은 일부 국가의 정부 인센티브는 이러한 구축을 지원합니다. 3. 글로벌 활용. 기술이 상업적으로 성숙해지면 점점 더 많은 시스템, 더 큰 공장, 자동화된 조립을 통해 지속적인 비용 절감과 스케일업 가속화에 초점을 맞추게 됩니다. 활용을 가속화하면 규모의 경제를 통해 더 큰 이점을 얻을 수 있습니다. 실행을 통한 학습을 포함한 혁신은 기술과 발전소 설계 및 건설도 개선할 수 있습니다. 예를 들어, 태양광 발전은 작년에 기술적 성숙과 두 자릿수 설치 성장을 달성했으며, 이제 과제는 완전히 개발된 프로젝트를 전 세계에 더 빠르게 배포하여 규모를 가속화하는 것입니다. "가치 사슬을 동원하고, 금융을 재설계하고, 자원 제약을 극복하는 것은 중요한 기후 기술을 확장하는 열쇠입니다." 중요한 기후 기술의 신속한 확장을 보장하기 위해서는 본격적인 활용를 위한 다양한 과제를 극복해야 합니다. 이를 극복하기 위한 세 가지 핵심 요소, 즉 대규모 공급망 및 지원 인프라 구축, 효과적인 자본 재분배 및 자금 조달 구조 수용, 시스템 수준의 병목 현상 해결을 통한 병행적 확장에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같습니다. 1. 대규모 공급망 및 지원 인프라 구축현재 장비 및 부품 제조는 몇몇 지역에 집중되어 있으며, 소수의 기업이 핵심 부품의 공급망을 통제하고 있습니다. 정책적 지원과 현지 수요로 인해 유럽과 미국에서는 일부 기후 기술에 대한 제조업이 회복되고 있습니다. 맥킨지의 분석에 따르면 미국 인플레이션 저감법에 의해 지원되는 자금의 약 80%(총 4,000억 달러 이상)가 제조업에 지원되고 있으며, 유럽연합의 그린딜 산업 계획Green Deal Industrial Plan 자금의 약 75%(총 2,750억 달러)가 제조업에 지원되고 있습니다. 이는 글로벌 기업들이 가치 사슬을 동원하고 산업화할 수 있는 기회를 창출합니다. 비용 절감의 진전을 추구하면서 빠르게 혁신하고 확장할 수 있는 기업은 기하급수적으로 성장할 수 있는 기반을 마련할 수 있습니다. 개별 기후 기술을 혁신하고 산업화하려는 노력은 이러한 기술의 상호 의존성을 고려해야 합니다. 12개 범주 중 원자력, CCUS, NCS를 제외한 9개 범주는 재생에너지의 구축에 의존하며, 이는 다시 여러 지원 기술에 의존합니다. 많은 기후 기술이 자금, 인프라, 허가, 노동력, 토지, 원자재(희토류 및 비금속 포함) 등 동일한 자원을 놓고 경쟁하기 때문에 이러한 상호의존성은 시스템 차원의 병목 현상을 일으킬 수 있습니다. 이는 또한 통합 비용을 발생시켜 일부 기술의 다음 '물결wave' 설치 비용을 더 비싸게 만들 수 있습니다. 이러한 시스템 수준의 제약을 해결하는 것은 기후 기술을 동시에 확장하는 데 매우 중요합니다. 또한 이러한 상호의존성은 네트워크 효과를 통해 한 기술의 발전이 다른 기술에도 영향을 미쳐 규모 확대를 가속화하는 원동력이 될 수 있습니다. 예를 들어, 변압기와 정류기는 재생에너지, 전해조, 에너지 저장 시스템, 전기차 충전 인프라에 사용되며, 연료전지 및 배터리 전기차 파워트레인 재료비의 20% 이상이 공유되고 있습니다. 재생 에너지 시스템을 활성화하는 데 드는 한계 비용이 증가함에 따라 전자와 분자 모두에 대한 인프라를 구축하는 데 잠재적인 시너지 효과가 있으며, 수소는 수요가 많고 공급이 어려운 지역에 서비스를 제공함으로써 피크 부하와 필요한 그리드 업그레이드를 줄일 수 있습니다. 2. 효과적인 자본 재분배 및 자금 조달 구조 수용기후 기술은 기존 기술보다 최대 6배 더 많은 자본이 필요하며, 최근의 이자 인상은 기후 기술의 경제성에 부정적인 영향을 미쳤습니다. 지난 몇 년간 기후 기술에 대한 투자자들의 관심이 높아지면서 2021년 이후 200개 이상의 기후 전문 펀드가 조성되었지만, 2023년에는 자금 조달 환경이 더욱 어려워졌습니다. 초기 단계의 기후 기술은 벤처 캐피탈 회사가 다른 기술 분야(예: 소프트웨어)에서 제공하는 것보다 훨씬 많은 자본을 필요로 하지만 사모펀드나 인프라 펀드가 인수하려는 위험 프로필보다 훨씬 더 높은 위험도를 가지고 있습니다. 대규모 활용을 달성하려면 검증되지 않은 미성숙 기술의 특성과 때로는 가파른 초기 비용 등 기후 기술의 새로운 특성에 맞춘 다른 자금 조달 접근 방식이 필요합니다. 가중평균자본비용을 낮춰 민간 자본을 유치하기 위해서는 차액지원계약, 생산세액공제, 양허성 대출 등 공공 부문의 리스크 완화 메커니즘이 필요합니다. 혼합 금융 모델blended finance models은 특히 위험도가 높은 초기 단계의 프로젝트에서 민간 자본을 모으는 데 핵심적인 역할을 합니다. 기후 기술 자금 조달 문제를 해결하기 위해서는 인프라 성장 자본 및 산업 벤처 캐피탈 펀드와 같은 새로운 자산 클래스asset classes도 필요합니다. 인프라 성장 펀드는 다양한 위험/수익 프로필을 수용하면서 보다 성숙한 기후 기술에 대한 자금 조달을 지원할 수 있습니다. 최근 인프라 펀드가 기후 기술 분야로 진출한 사례로는 Ardian의 20억 유로 규모의 Hy24 수소 인프라 펀드Hy24 hydrogen infrastructure fund 출시와 브룩필드Brookfield의 Oxy1.5의 DACS 공장에 대한 5억 달러 투자 등을 들 수 있습니다. 필요한 하드웨어 및 구성 요소의 혁신에 자금을 지원하려면 산업 벤처 캐피털 펀드가 필요합니다. 예를 들어, 빌 게이츠가 설립한 Breakthrough Energy Ventures는 기후 기술에 20억 달러 이상을 투자했습니다. 3. 병렬 확장을 위한 시스템 수준 병목 현상 해결
여러 가지 물리적 제약이 기후 기술의 급속한 가속화를 가로막고 있으며, 사회경제적 영향을 해결하기 위해 몇 가지 보완 메커니즘이 필요할 것입니다. 가장 중요한 몇 가지 문제를 해결할 수 있는 방법을 살펴보면 다음과 같습니다. ▶인프라 및 허가: 지원 환경 구축.12가지 기후 기술 범주 중 9가지가 재생 에너지에 의존하고 있으며, 이 중 6가지 기술은 전력망, 파이프, 터미널, 저장 시설에 상당한 신규 투자가 필요합니다. 넷제로를 달성하기 위해서는 2030년대와 2040년대에 송배전을 확장하고 강화하는 것이 전체 에너지 시스템 자본 비용의 약 45%를 차지할 것으로 예상됩니다. 재생 에너지를 기존 전력망에 통합할 때 발생하는 네트워크의 부적절성과 불안정성을 극복하고, 노후화된 인프라를 업그레이드하며, 극심한 악천후에 대비한 복원력을 개선하기 위한 투자가 필요할 것입니다. 예를 들어, 친환경 분자 거래Green-molecule trade는 송전 건설을 보완할 수 있습니다. 맥킨지의. 분석에 따르면 수소 파이프라인은 위치와 자본 지출 비용에 따라 가공 송전선보다 10~80% 저렴할 수 있는 것으로 나타났습니다. 세금 감면, 보조금, 대출 보증과 같은 시장 및 규제 인센티브는 인프라 구축에 대한 상당한 투자를 유도할 수 있습니다. 에너지 인프라 프로젝트는 허가 지연과 규제 불확실성으로 인한 개발 리스크에 계속 직면하고 있습니다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는 엄격한 환경 영향 평가의 필요성, 지역 사회의 요구와 우려, 토지 이용에 대한 다른 요구(예: 농업), 필요한 속도로 기후 기술을 확장해야 하는 시급성 등 여러 가지 요소를 함께 해결해야 합니다. 일부 국가는 간결한 지침과 허가 기준을 제공하고, 절차를 간소화하며, 조기에 이해관계자와 협의함으로써 허가 절차와 보조금 배분 속도를 높이기 위한 조치를 취하고 있습니다. 예를 들어, 노르웨이 에너지부는 CO2 저장소를 위한 토지를 미리 할당하여 보다 신속하게 허가를 내주고 있습니다. ▶토지, 물, 원자재: 천연 자원에 대한 접근성.
기후 기술을 동시에 확장하는 데 있어 토지, 물, 원자재의 제약은 분명한 문제입니다. 예를 들어, 재생 에너지를 배치하려면 일반적으로 화석 연료를 사용하는 기존 방식보다 10~30배 더 많은 토지가 필요하며, 많은 시장에서 가용 토지가 제한되어 있습니다. 마찬가지로, 완전한 청정 에너지 시스템은 화석 연료 시스템보다 약 50% 더 많은 물 소비를 필요로 합니다. 장단점을 인정하고, 혁신을 촉진하고, 기본 시스템을 강화하고(예: 광범위한 물 관리 강화), 대안을 모색하면 토지, 물, 원자재에 대한 제약을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 인간 활동으로 인해 황폐화된 땅인 황무지나 농업과 태양광 에너지 생산에 모두 사용되는 농경지 등 대체 토지를 활용하면 재생에너지 설치에 적합한 면적을 확대하는 데 도움이 될 수 있습니다. 수상 태양광 발전, 부유식 해상 풍력 발전, 기존 발전소의 바이오에너지와 탄소포집·저장BECCS 전환과 같은 혁신적인 솔루션도 토지 제약 없이 발전량을 극대화할 수 있습니다. 물 경쟁을 줄이려면 초순수 발전 기술ultrapure water generation technology, 바이오가스 생산 향상을 위한 혐기성 소화anaerobic digestion와 같은 새로운 기술 솔루션의 혁신이 필요합니다. 유럽연합과 미국 일부 지역에서처럼 원자재 재활용을 촉진하고 희귀 원자재를 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는 최종 제품을 혁신하는 것은 희소성을 줄이는 중요한 수단이 될 수 있습니다. ▶노동력과 인재: 업스킬링 및 재교육.
탈탄소 경제를 구축하려면 숙련된 인력이 필요합니다. 기후 기술 가치 사슬은 2050년까지 약 2억 명의 숙련된 인력을 필요로 할 것입니다. 맥킨지의 분석에 따르면 미국은 2022년에 이미 약 40만 명의 건설 노동자가 공급 부족을 겪고 있으며, 특히 메가 프로젝트의 경우 더욱 그렇습니다. 새로운 기후 기술이 기존의 일자리를 대체함에 따라 일부 일자리는 사라지겠지만, 질서 있는 전환은 일자리의 순증가를 가져올 것입니다. 예를 들어, 탈탄소화를 가속화하면 인도에서 18.0만 개, 유럽연합에서 5.0만 개, 아프리카에서 3.8만 개의 순 일자리가 창출될 수 있습니다. 올바른 인센티브를 설정하는 데 있어 정부의 강력한 역할이 필요합니다. 그러나 민간 부문과의 협력 및 기업 차원의 이니셔티브는 상당한 변화를 가져올 수 있습니다. 근로자의 기술 수준을 높이도록 돕는 것이 핵심입니다. 예를 들어, 영국 정부는 4,000명의 기술자를 대상으로 히트펌프 교육에 보조금을 지급하고 있습니다. 개별 기업도 조치를 취할 수 있습니다. 예를 들어, 독일의 태양 에너지 기업 엔팔Enpal은 사내 기술 아카데미를 개발하여 전통적인 기술자craftspeople를 단 2주 만에 태양열 기술자로 양성했습니다. 앞에서 살펴보았듯이 12가지 기후 기술 범주를 확장하는 중요한 과제는 기업, 투자자, 정부에게 중요한 질문을 제기합니다.이러한 기술을 경쟁력 있고 저렴하게 만드는 진정으로 야심찬 비용 절감 목표에 도달하려면 무엇이 필요한가?고위험 기술과 최초의 프로젝트에 어떻게 지속 가능한 자금을 조달할 수 있을 것인가?초기 단계 기술의 혁신을 가속화하는 동시에 탈탄소화, 경제성, 경쟁력, 보안 문제와 균형을 이루는 방식으로 성숙한 기술의 배포를 장려하기 위한 목표 지원 메커니즘을 어떻게 법제화 할 수 있을 것인가? 이러한 질문은 우리 시대의 중요한 질문이 아닐 수 없습니다. 맥킨지는 2024년 전체 보고서에서 더 자세한 내용, 새로운 분석, 이해관계자를 위한 시사점을 다시 제시할 예정입니다. [보고서 원문]
여기에는 재료의 수명 기간 동안 발생하는 CO2 배출량을 줄이는 동시에 재료의 수명 가치를 극대화하는 것을 목표로 하는 다양한 접근 방식이 포함됩니다. 알루미늄, 플라스틱, 화학물질과 같은 소재의 재순환은 생산 과정을 1차 생산에서 재활용으로 전환하고 소재의 온실가스 집약도를 줄입니다. 예를 들어, 효율성을 높이면 저결합 콘크리트 및 시멘트 생산을 위한 제품 설계를 통해 필요한 재료의 양을 줄일 수 있습니다. 철강 재활용을 위한 전기 아크로와 같은 일부 물질 재순환 기술은 이미 상업적으로 성숙해 있습니다. 플라스틱을 화학적으로 재활용하기 위한 열분해 처리, 레이저 유도 분해 분광법 및 X-선 형광과 같은 선별 기술 등은 상용화를 위해 더 많은 혁신이 필요합니다. 물질의 재순환을 확대하려면 수거, 재활용, 가치 사슬로의 재투입을 관리하기 위해 공급망 전반에 걸친 협력이 필요합니다(예: 회수 프로그램, 단순 장기 계약offtake agreements, 업계 목표). 폐기물을 보관, 분류, 처리하기 위한 추가 폐기물 인프라에 대한 투자는 산업 전반의 순환을 활성화하는 데 매우 중요합니다. ◆에너지 저장Energy storage
재생 에너지가 확대됨에 따라 대규모 에너지 저장이 필요할 것입니다. 이 기술에는 단기 및 중기 에너지 저장을 위한 리튬 이온 배터리 시스템과 장기 에너지 저장을 위한 기타 전기화학, 열, 기계 및 화학 시스템이 포함됩니다. 맥킨지의 분석에 따르면 2030년까지 약 350기가와트(GW)의 단기 및 중기 에너지 저장장치와 약 400GW의 장기 에너지 저장장치가 필요할 것으로 예상됩니다. 양수발전pumped hydro, 용융염molten salt, 압축 공기 등 일부 저장 기술은 유틸리티 규모의 프로젝트가 이미 구축되어 다소 성숙해졌지만, 고정식 배터리를 개선하기 위해서는 유황sulfur 및 실리콘과 같은 저비용 고성능 소재에 대한 혁신이 필요합니다. 제품형 공장(압축 공기 저장장치의 경우) 또는 기가팩토리 접근 방식(전기화학 배터리의 경우)은 제조 비용을 절감하는 데 도움이 될 것입니다. 다양한 저장 기술 포트폴리오가 필요할 것입니다. 이는 국가별로 다르며 지역 지질 조건과 필요한 그리드 밸런싱의 정도에 따라 달라집니다. ◆공학적 탄소 제거Engineered carbon removals
이는 대기 중 이산화탄소를 제거하는 다양한 기술 기반chnology-based 방법을 의미합니다. 여기에는 다음과 같은 기술들이 포함됩니다.- 직접 공기 포집 및 저장(DACS): 공기가 화학 필터 역할을 하는 고체 흡착제 또는 액체 용매를 통과하여 CO2를 결합한 다음 저장하는 방식입니다.- 지속 가능한 방식으로 공급되는 바이오매스를 산업 공정에 사용하여 바이오 연료, 전기 또는 열을 생산하고 이러한 공정에서 배출되는 생물학적 CO2를 포집 및 저장하는 바이오에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS).- 지속 가능한 방식으로 공급되는 바이오매스를 산소가 없는 상태에서 가열하여 탄소가 풍부한 물질을 생성하는 방식으로 생산되는 바이오 숯 및 바이오 오일.- 암석과 광물을 분해하여 표면적을 넓혀 대기 중 탄소를 제거하고 저장하는 강화된 풍화 작용enhanced weathering. 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)는 공학적 탄소 제거가 다른 감축 수단을 모두 사용한 후에도 기업이 잔여 탄소 배출을 제거할 수 있기 때문에 2050년까지 넷제로를 달성하는 데 중요한 수단이라고 밝혔습니다. 그러나 CCUS와 같은 탄소 제거는 구매자에게 추가 비용이 발생하므로 구매자에게는 신속한 비용 절감이 필요합니다. 현재 사용되고 있는 제거 기술의 초기 비용이 높기 때문에 이러한 비용을 낮추기 위해서는 기술별 혁신이 필요합니다. 또한 신용 가치를 보장하기 위해 구매자에게 완전한 투명성이 필요합니다. 이는 제거 기술 전반에 적용 가능한 탄소 제거 크레딧에 대한 명확한 표준 및 규제 시스템을 구축함으로써 촉진될 수 있습니다. ◆히트 펌프Heat pumps
히트 펌프는 가스 용광로 및 보일러보다 2.0~4.5배 더 효율적입니다. 히트펌프는 가스 압축 및 팽창을 통한 냉매 사이클을 사용하여 증발기에서 응축기로 열을 전달합니다. 여기에 활용되는 기술에는 실외 공기를 사용하는 공기열원 열펌프, 땅속에 묻혀 지구의 온도를 이용하는 지열(또는 지열원) 열펌프, 땅이나 호수, 강에서 나오는 물을 사용하는 수열원 열펌프가 있습니다. 열 펌프는 비교적 성숙한 기술이지만, 비용을 절감하고 성능 계수(열 펌프 효율의 척도)를 개선하기 위해서는 여전히 부품 수준에서 혁신이 필요합니다. 탄화수소, 공기, 물과 같이 지구 온난화 가능성이 낮은 냉매와 히트 펌프의 가장 큰 에너지 및 비용 동인인 압축기 기술을 더욱 발전시켜야 합니다. 주거용 및 상업용 히트펌프의 보급을 확대하려면 가정, 특히 임차인을 지원하기 위한 비즈니스 모델 혁신과 자금 조달 메커니즘이 필요합니다. 초기 자본 비용에는 히트펌프로의 전환과 건물 단열 개선이 모두 포함됩니다. 또한 여러 지역에 걸쳐 대규모로 열 펌프를 설치하려면 숙련된 인력이 필수적입니다. ◆수소 Hydrogen
청정 수소clean hydrogen(재생 가능 및 저탄소 수소 모두)는 현재 전 세계 배출량의 약 20%를 차지하는 철강, 시멘트, 화학 등의 부문을 심층적으로 탈탄소화할 수 있는 옵션을 제공합니다. 수소와 암모니아, 메탄올 등의 유도체는 비행기, 선박, 대형 차량 및 기타 형태의 대형 운송수단에 동력을 공급하는 데 사용될 수 있습니다. 또한 수소는 재생 에너지를 분자로 저장할 수 있고 그리드 블렌딩과 장거리 운송이 가능하기 때문에 재생 에너지의 통합을 용이하게 합니다. 저탄소 수소는 천연가스에서 증기 메탄 또는 탄소 포집 및 저장을 통한 자동 열 개질을 사용하여 생산할 수 있으며, 기존 회색 수소에 비해 탄소 배출량을 80~95%까지 줄일 수 있습니다. 저탄소 수소 생산 기술은 성숙해졌지만 탄소 포집 및 저장 기술의 추가 혁신과 비용 절감에 달려 있습니다. 재생 가능한 수소는 물 전기분해를 사용하여 재생 에너지로부터 생산할 수 있으며, 알칼리 전해조와 양성자 교환막 전해조는 현재 이 공정에서 가장 성숙한 기술이며, 고효율 고체 산화물 전해조, 음이온 막 전해조, 무막 또는 모세관 공급 전해조, 해수 전기분해 및 기타 개발 초기 단계의 혁신 기술들이 있습니다. 현재 청정 수소의 빠른 스케일업을 가로막는 주요 장벽은 비용 절감 곡선의 초기 단계에서 장기적인 물량을 확보하는 문제입니다. 청정 수소 프로젝트 파이프라인은 2022년 5월부터 2023년 1월까지 35% 증가했으며 계속해서 빠르게 발전하고 있지만, 확실한 오프테이크의 부족으로 인해 최종 투자 결정이 지연되고 있습니다. 따라서 수소 스케일업은 여전히 생산세 공제 및 차액 계약과 같은 자금 조달 메커니즘에 의존하고 있습니다. 장기계약offtake이 확보되면 청정 수소 생산을 위한 첫 번째 메가 프로젝트의 성공적인 납품은 향후 프로젝트의 불확실성을 크게 줄이고 더 저렴한 자금 조달에 대한 접근을 열어 확장에 결정적인 역할을 할 것입니다. ◆원자력Nuclear
전통적인 핵분열 기술, 즉 대규모 2세대 및 3세대+ 원자로는 상업적으로 성숙한 기술로서 현재 440개의 원자로가 전 세계 전력 생산량의 약 10%를 공급하고 있습니다. 높은 건설 비용과 비용 초과, 여러 지역의 폐기물 및 사용 후 연료 장기 보관에 대한 해결되지 않은 문제 등이 과제로 남아 있습니다. 비용 절감을 위해서는 기존 3세대+ 및 4세대 기술에 대한 더 빠른 혁신이 필요합니다. 공장에서 제작된 소형 모듈형 원자로는 램프업 시간을 단축하고 초기 비용을 낮추면서 유연한(독립형) 전력을 제공할 수 있지만, 아직 상업적으로 성숙하지 않았습니다. 원자력 발전소의 규모 확대는 발전소 건설에 필요한 인허가 요건의 표준화에 달려 있으며, 이를 통해 지연과 추가 비용을 방지할 수 있습니다. 또한 민관 컨소시엄은 덜 성숙한 기술을 가속화하는 데 핵심적인 역할을 하며, 역량 강화를 통해 숙련된 노동력 부족 문제를 해결하기 위해서는 업계와 정부 간의 협력이 필수적입니다. ◆재생에너지Renewables
재생에너지 발전 용량은 2015년과 2020년 사이에 거의 두 배로 증가했습니다. 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오매스 등 재생 가능한 자원을 사용하는 대부분의 에너지 생산 기술은 이미 기술적으로 성숙했으며, 태양광 발전(PV)과 육상 및 해상 풍력 터빈은 가장 큰 성장과 가장 성공적인 확장을 보여주고 있습니다. 태양광 발전으로 생산된 전기는 2015년부터 2021년까지 매년 25%씩 증가했으며, 이는 설치 기반이 4배 증가한 것에 해당합니다. 여러 지역에서 설치가 둔화되는 것을 방지하기 위해 간헐성intermittency 등의 과제를 극복해야 합니다. 또한 중장기적인 저장소 통합과 느리게 진행되는 전력망 현대화, 장기적인 자재 공급 및 접근성 등의 문제를 해결해야 합니다. 재생에너지 발전 비용을 더욱 절감하기 위해서는 구체적인 기술 혁신이 필요합니다. 더 높은 효율을 제공하는 페로브스카이트 태양전지perovskite solar cells와 더 낮은 비용으로 더 큰 유연성을 제공하는 유기 박막 전지organic thin film cells, 부유식 해양 플랫폼과 공중 풍력 에너지 시스템과 같은 기술 혁신이 상업적으로 대규모로 확장할 수 있는 잠재력을 가지고 있기 때문에 근본적인 단계의 변화가 일어날 것입니다. ◆지속 가능한 연료Sustainable fuels
운송 부문은 오늘날 전 세계 총 배출량의 15% 이상을 차지하며, 항공, 해운, 일부 대형 도로 운송 등 전기화가 어려운 부문의 탈탄소화를 위해서는 화석 탄화수소 연료에 대한 대안이 필요합니다. 지속 가능한 연료에는 기존의 바이오매스 기반 연료, 현재의 디젤, 가솔린, 제트연료와 동등한 품질 규격과 기존 인프라를 ‘있는 그대로(Drop-in)' 사용할 수 있는 드롭인 지속 가능한 연료(e-제트와 같은 드롭인 수소 기반 전자 연료 포함), 엔진 또는 인프라 개조가 필요한 비드롭인 연료(e-암모니아 및 e-메탄올 포함)가 포함됩니다. 재생 가능한 디젤과 등유를 생산하기 위해 지질을 수소 처리하는 것과 같이 바이오매스를 연료로 전환하는 일부 기술은 비교적 성숙되어 있습니다. 비용을 낮추고 가용성을 높이려면 혁신이 필요하며, 특히 대부분의 전자 연료e-fuels는 아직 시범 및 파일럿 단계에 머물러 있습니다. 다양한 합성 연료 전환 기술과 이러한 기술에 수반되는 여러 단계는 최초의 투자에 대한 도전과 위험을 의미하며, 고품질 연료를 생산하기 위해 다운스트림 정제 과정에서 정교한 역량과 자산이 요구됩니다. 이러한 복잡한 가치 사슬은 여러 가치 사슬 플레이어 간의 협력이 확장의 핵심 요소가 될 것임을 의미합니다. ◆자연 기후 솔루션을 지원하는 기술Technologies supporting natural climate solutions
자연 기반 프로젝트는 대기 중 탄소를 제거하거나 배출을 방지합니다. 여기에는 조림, 재조림, 산림 및 이탄지 파괴 방지, 이탄지 복원, 화재 및 사바나 관리와 같은 육상 생태계terrestrial ecosystems가 포함됩니다. 이러한 기술은 이미 다양한 프로젝트에서 검증되어 활용되고 있습니다. 활용을 확대하려면 혁신은 규제 표준화, 기술 기반 투명성, 지역 사회 참여를 통해 이러한 프로젝트의 확장성을 더욱 높이고 품질을 검증하는 데 초점을 맞춰야 합니다. 해양 생태계에서 새롭게 떠오르는 자연 기후 솔루션(NCS. natural climate solutions)에는 천연 염습지, 맹그로브, 해초, 다시마 숲을 보호 및 복원하거나 탄소 제거 및 방지를 위한 해조류 양식장을 조성하는 것이 포함됩니다. 여기에는 자연계에 미치는 영향을 완전히 투명하게 공개하여 시장에서 신뢰를 구축하기 위한 혁신이 필요합니다. 생물다양성 크레딧biodiversity credits 및 기타 자연 크레딧nature credits(예: 질소 또는 물)과 같은 수익원, 임업 및 관련 프로젝트에 일반적으로 필요한 10년의 투자 회수 기간을 연결할 수 있는 금융 수단은 자연 기후 솔루션NCS의 확장 메커니즘에서 중요한 부분입니다. ◆대체 단백질 생산 기술Technologies to produce alternative proteins
대체 단백질에는 다음이 포함됩니다.
- 대두, 완두콩, 밀 및 기타 식물에서 추출한 식물성 단백질
- 살아있는 미생물에서 추출한 미생물 기반 발효 단백질(예: 식물성 단백질을 미생물을 통해 발효시키는 미생물 발효 사용)
- 생물 반응기 및 원심분리기를 사용하여 동물 세포에서 세포 배양한 단백질 오늘날 전 세계 탄소 배출량의 약 15%는 육류, 유제품, 달걀, 양식업 등 동물성 단백질animal-based protein 생산에서 발생합니다. 식물성 단백질은 동물성 단백질에 비해 상당한 프리미엄이 붙으며, 배양육cultivated meat과 같은 새로운 대체 단백질은 아직 상업화되기 전 단계에 있습니다.하지만 10년이 채 되지 않아 기업들은 재배 육류의 생산 비용을 99%까지 절감한 것으로 알려졌습니다. 식물성 단백질의 경우, 건강 및 감각적 특성을 극대화하고 식감을 개선하기 위해 식물 유전학 및 압출 기술을 조정하는 단기적인 혁신이 필요합니다. 발효 기반 단백질Fermentation-based proteins은 공정 성숙도를 개선하고, 저렴한 공급 원료와 유틸리티를 위한 부지 선택을 최적화하며, 파일럿 규모 이상의 발효 용량을 확장할 수 있는 기회를 제공합니다. 배양 단백질은 완제품의 질감을 개선하기 위해 바이오리액터 기술bioreactor technologies(특수 목적의 대규모 바이오리액터 포함), 저비용 배양 배지, 배양 및 생산 공정의 순도 등의 추가적인 혁신이 필요합니다. 대체 단백질의 스케일업을 달성하려면 소비자 및 투자자의 신뢰를 높이기 위한 규제 명확성도 필요합니다. "기후 기술의 비용 절감을 위해서는 혁신과 확장이 함께 이루어져야 합니다." 기후 기술은 빠르게 발전해 왔으며, 분석에 따르면 2050년 기준 온실가스 배출량의 90%까지 기존 기후 기술을 통해 감축할 수 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 기술적 준비 상태와 상업적 성숙도 사이에는 차이가 있습니다. 분석 결과, 기후 기술로 인한 감축 잠재력의 10%만이 이미 상업적으로 완전히 성숙하여 전 세계에 배포된 기술에서 비롯된 것입니다(예시 2 참조). 여기에는 원자력, 수력, 지열, 알루미늄 재활용, 그리고 전력망에 여유가 있는 유리한 지역의 태양광 및 풍력 설치가 포함됩니다. 추가 감축 잠재력의 45%는 대부분의 태양광 및 풍력 발전, 전기 자동차, 바이오 연료, 열 펌프, 플라스틱 화학물질 재활용 등 초기 도입 및 상용화 단계에 있는 기술에서 나올 수 있습니다. 이러한 기술은 이미 그 확장성이 입증되었지만 단기 및 중기적으로 기존 기술과 경쟁력을 갖추기 위해서는 추가적인 지원이 필요합니다.
여러 가지 물리적 제약이 기후 기술의 급속한 가속화를 가로막고 있으며, 사회경제적 영향을 해결하기 위해 몇 가지 보완 메커니즘이 필요할 것입니다. 가장 중요한 몇 가지 문제를 해결할 수 있는 방법을 살펴보면 다음과 같습니다. ▶인프라 및 허가: 지원 환경 구축.12가지 기후 기술 범주 중 9가지가 재생 에너지에 의존하고 있으며, 이 중 6가지 기술은 전력망, 파이프, 터미널, 저장 시설에 상당한 신규 투자가 필요합니다. 넷제로를 달성하기 위해서는 2030년대와 2040년대에 송배전을 확장하고 강화하는 것이 전체 에너지 시스템 자본 비용의 약 45%를 차지할 것으로 예상됩니다. 재생 에너지를 기존 전력망에 통합할 때 발생하는 네트워크의 부적절성과 불안정성을 극복하고, 노후화된 인프라를 업그레이드하며, 극심한 악천후에 대비한 복원력을 개선하기 위한 투자가 필요할 것입니다. 예를 들어, 친환경 분자 거래Green-molecule trade는 송전 건설을 보완할 수 있습니다. 맥킨지의. 분석에 따르면 수소 파이프라인은 위치와 자본 지출 비용에 따라 가공 송전선보다 10~80% 저렴할 수 있는 것으로 나타났습니다. 세금 감면, 보조금, 대출 보증과 같은 시장 및 규제 인센티브는 인프라 구축에 대한 상당한 투자를 유도할 수 있습니다. 에너지 인프라 프로젝트는 허가 지연과 규제 불확실성으로 인한 개발 리스크에 계속 직면하고 있습니다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는 엄격한 환경 영향 평가의 필요성, 지역 사회의 요구와 우려, 토지 이용에 대한 다른 요구(예: 농업), 필요한 속도로 기후 기술을 확장해야 하는 시급성 등 여러 가지 요소를 함께 해결해야 합니다. 일부 국가는 간결한 지침과 허가 기준을 제공하고, 절차를 간소화하며, 조기에 이해관계자와 협의함으로써 허가 절차와 보조금 배분 속도를 높이기 위한 조치를 취하고 있습니다. 예를 들어, 노르웨이 에너지부는 CO2 저장소를 위한 토지를 미리 할당하여 보다 신속하게 허가를 내주고 있습니다. ▶토지, 물, 원자재: 천연 자원에 대한 접근성.
기후 기술을 동시에 확장하는 데 있어 토지, 물, 원자재의 제약은 분명한 문제입니다. 예를 들어, 재생 에너지를 배치하려면 일반적으로 화석 연료를 사용하는 기존 방식보다 10~30배 더 많은 토지가 필요하며, 많은 시장에서 가용 토지가 제한되어 있습니다. 마찬가지로, 완전한 청정 에너지 시스템은 화석 연료 시스템보다 약 50% 더 많은 물 소비를 필요로 합니다. 장단점을 인정하고, 혁신을 촉진하고, 기본 시스템을 강화하고(예: 광범위한 물 관리 강화), 대안을 모색하면 토지, 물, 원자재에 대한 제약을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 인간 활동으로 인해 황폐화된 땅인 황무지나 농업과 태양광 에너지 생산에 모두 사용되는 농경지 등 대체 토지를 활용하면 재생에너지 설치에 적합한 면적을 확대하는 데 도움이 될 수 있습니다. 수상 태양광 발전, 부유식 해상 풍력 발전, 기존 발전소의 바이오에너지와 탄소포집·저장BECCS 전환과 같은 혁신적인 솔루션도 토지 제약 없이 발전량을 극대화할 수 있습니다. 물 경쟁을 줄이려면 초순수 발전 기술ultrapure water generation technology, 바이오가스 생산 향상을 위한 혐기성 소화anaerobic digestion와 같은 새로운 기술 솔루션의 혁신이 필요합니다. 유럽연합과 미국 일부 지역에서처럼 원자재 재활용을 촉진하고 희귀 원자재를 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는 최종 제품을 혁신하는 것은 희소성을 줄이는 중요한 수단이 될 수 있습니다. ▶노동력과 인재: 업스킬링 및 재교육.
탈탄소 경제를 구축하려면 숙련된 인력이 필요합니다. 기후 기술 가치 사슬은 2050년까지 약 2억 명의 숙련된 인력을 필요로 할 것입니다. 맥킨지의 분석에 따르면 미국은 2022년에 이미 약 40만 명의 건설 노동자가 공급 부족을 겪고 있으며, 특히 메가 프로젝트의 경우 더욱 그렇습니다. 새로운 기후 기술이 기존의 일자리를 대체함에 따라 일부 일자리는 사라지겠지만, 질서 있는 전환은 일자리의 순증가를 가져올 것입니다. 예를 들어, 탈탄소화를 가속화하면 인도에서 18.0만 개, 유럽연합에서 5.0만 개, 아프리카에서 3.8만 개의 순 일자리가 창출될 수 있습니다. 올바른 인센티브를 설정하는 데 있어 정부의 강력한 역할이 필요합니다. 그러나 민간 부문과의 협력 및 기업 차원의 이니셔티브는 상당한 변화를 가져올 수 있습니다. 근로자의 기술 수준을 높이도록 돕는 것이 핵심입니다. 예를 들어, 영국 정부는 4,000명의 기술자를 대상으로 히트펌프 교육에 보조금을 지급하고 있습니다. 개별 기업도 조치를 취할 수 있습니다. 예를 들어, 독일의 태양 에너지 기업 엔팔Enpal은 사내 기술 아카데미를 개발하여 전통적인 기술자craftspeople를 단 2주 만에 태양열 기술자로 양성했습니다. 앞에서 살펴보았듯이 12가지 기후 기술 범주를 확장하는 중요한 과제는 기업, 투자자, 정부에게 중요한 질문을 제기합니다.이러한 기술을 경쟁력 있고 저렴하게 만드는 진정으로 야심찬 비용 절감 목표에 도달하려면 무엇이 필요한가?고위험 기술과 최초의 프로젝트에 어떻게 지속 가능한 자금을 조달할 수 있을 것인가?초기 단계 기술의 혁신을 가속화하는 동시에 탈탄소화, 경제성, 경쟁력, 보안 문제와 균형을 이루는 방식으로 성숙한 기술의 배포를 장려하기 위한 목표 지원 메커니즘을 어떻게 법제화 할 수 있을 것인가? 이러한 질문은 우리 시대의 중요한 질문이 아닐 수 없습니다. 맥킨지는 2024년 전체 보고서에서 더 자세한 내용, 새로운 분석, 이해관계자를 위한 시사점을 다시 제시할 예정입니다. [보고서 원문]