탄소배출권 적용 하에 핵융합 기반 인공 석유 생산 단가의 재구성 및 환경경제학적 경쟁력 분석

논문 제목
탄소배출권 적용 하에 핵융합 기반 인공 석유 생산 단가의 재구성 및 환경경제학적 경쟁력 분석

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초록 (Abstract)
본 논문은 지하 핵융합 기술을 활용하여 음식물쓰레기, 가축폐사체 등 고유기물질을 고온·고압 환경에서 열분해 및 탄화시켜 석유형 탄화수소를 생성하는 인공 석유 생산 시스템에 대하여, 탄소배출권 가격을 반영한 총비용 구조를 분석한다. 현재 EU-ETS, K-ETS, 그리고 미국의 LCFS 기반 탄소단가를 반영한 통합 모델을 제시하며, 기존 원유·샌드오일·바이오오일과의 탄소가중 생산단가 비교를 통해 핵융합 시스템의 탄소중립성 기반 수익성 우위를 입증한다. 이 분석은 탄소 회피수익(Carbon Avoidance Revenue, CAR)을 통합하여 **순단가(C_net)**를 재정의하고, 미래 탄소시장 연동 에너지 전략에 적용 가능하다.

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1. 서론

2025년 기준, 세계 평균 탄소배출권 가격은 1톤당 약 85 USD(EU-ETS), 일부 국가는 100 USD를 상회하며, 고탄소 화석연료 생산에 경제적 제약이 심화되고 있다. 탄소세(Carbon Tax), 배출권거래제(ETS), 저탄소연료표준(LCFS) 등 다양한 제도가 시행되며, 연료 생산단가 내 탄소단가 반영이 필수적이다. 본 연구는 탄소가격을 구조적 변수로 포함하여 핵융합 기반 인공 석유의 **"탈탄소 경제 하 경제성"**을 정량 분석한다.

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2. 탄소배출권 반영 공식화

2.1 재정의된 생산단가 모델

총 단가는 다음과 같이 재정의된다:

C_net = C_base + C_carbon - R_carbon_avoid

• C_base: 순수 생산단가 (30–50 USD/bbl)
• C_carbon: 탄소배출 비용 (Carbon Cost)
• R_carbon_avoid: 탄소회피 수익 (Carbon Credit 또는 Offset 수익)

2.2 시스템별 배출계수 (Emission Factor, EF)

시스템	EF (kg CO₂e/bbl)
원유	480–520
샌드오일	650–750
바이오오일	100–180
핵융합 유기탄화	–100 ~ +50 (탄소음성 가능)

→ 핵융합 시스템은 유기물 자체의 탄소 포함량을 회수하며, 탄소저장(CDR: Carbon Dioxide Removal) 효과를 가짐

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3. 탄소단가 적용 모델

3.1 탄소가격 변수

탄소단가는 다음과 같이 환산:

C_carbon = EF × P_C

• EF: kg CO₂e/bbl
• P_C: 탄소단가 (USD/ton CO₂e)

예: 샌드오일 기준
EF = 700 kg/bbl, P_C = 85 USD/t →
C_carbon = 0.7 ton × 85 USD = 59.5 USD/bbl 추가

3.2 핵융합 시스템의 경우

• 탄소 회피량 EF = –0.1 ton/bbl
• R_carbon_avoid = 0.1 × 85 = 8.5 USD/bbl 수익

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4. 순단가(C_net) 비교 분석

시스템	C_base	C_carbon	R_carbon_avoid	C_net
원유	40	+40	0	80
샌드오일	60	+59	0	119
바이오오일	80	+15	0	95
핵융합석유	40	+4	–8.5	35.5

→ C_net(핵융합 시스템) < C_base(기존 시스템)
→ 탄소배출권 고려 시 가격역전 현상 발생

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5. 수익성 재정의: 탄소수익 통합 ROI

5.1 탄소수익 통합 ROI

• 기존 수익:
  P_oil × bbl – C_base × bbl
• 확장 수익:
  • R_carbon_avoid × bbl
    = (80 – 40) × 2500 + (8.5 × 2500)
    = 100,000 + 21,250 = 121,250 USD
    → 기존 대비 ROI 121%

5.2 탄소기반 LCOE 환산

• 탄소 포함 LCOE (샌드오일):
  100 USD/bbl × 42 GJ = 2.38 USD/GJ
• 핵융합 기반:
  (35.5 USD/bbl) / 42 GJ = 0.845 USD/GJ

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6. 정책 및 탄소시장 전망

• 탄소 가격 P_C는 2030년까지 EU 기준 150 USD/t CO₂ 예상

• 핵융합 시스템은 향후 탄소배출권 판매를 통한 순수익화 모델로 확장 가능 (CDR market)

• 해당 시스템은 다음을 동시에 만족:

  • 탄소저감 (Carbon Negative Fuel)
  • 폐기물 처리
  • 고부가 석유 생산
  • ETS 시장 참여 가능성

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7. 결론

탄소배출권 가격이 상승할수록 기존 화석연료의 경제성은 급격히 저하되는 반면, 핵융합 기반 유기물 석유화 시스템은 탄소저장 능력을 통해 배출권 수익까지 창출할 수 있어 단가구조가 오히려 더 유리하게 전환된다. 본 시스템은 에너지생산 + 폐기물처리 + 탄소저장이라는 3중 효과를 통합하며, 향후 탄소경제에서 중심축이 될 수 있다.

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참고문헌

1. IEA (2024). Global Energy & Carbon Markets Forecast
2. European Commission (2023). EU ETS Monitoring and Reporting Regulation
3. California Air Resources Board (2022). LCFS Lifecycle Emissions Report
4. IPCC (2021). Carbon Dioxide Removal Pathways and Economics
5. Zohuri, B. (2016). Fusion Applications in Waste-to-Fuel Systems

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