세계 최고수준의 이산화탄소 포집기술 개발 성공

한국이산화탄소포집및처리연구개발센터(KCRC, 센터장 박상도)의 연구진들이 세계 최고수준의 이산화탄소 포집기술 개발에 성공했다.

KCRC 연구진들에 의해 개발된 MAB 흡수제 기반의 습식 포집기술은 기존 포집기술의 한계를 극복한 기술이다. 이를 통해 이산화탄소 포집기술 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 전망된다.

기존의 상용화된 MEA 흡수제 대비 이산화탄소 흡수용량이 2.5배 이상 크고 흡수속도가 1.5배 이상 빠른 것이 특징이다. 에너지 사용량과 투자비를 각각 40%, 30% 이상 절감시킬 수 있다는 것도 획기적인 점 중 하나다.

KCRC 관계자는 “재생에너지 요구량을 2.0GJ/tCO₂까지 낮출 수 있어서 기존기술 중 세계 최고수준으로 평가되고 있는 흡수제의 2.4GJ/tCO₂을 15% 이상 개선할 수 있다”고 설명했다.

한편 KCRC는 미래창조과학부 산하 공익재단 법인 형태의 기관이다. Korea CCS 2020 사업을 통해 기후변화 대응 기술개발의 일환으로 혁신적인 이산화탄소 포집 및 처리기술을 개발하고 있다.

기존 흡수제 대비 빠르고 효율적인 처리 가능
150Nm³/h 규모의 실증테스트 설비 통해 검증 

각 분야 전문가 간 협업으로 혁신적 성과 달성
이번 성과는 한국에너지기술연구원 내 구축돼 있는 2MW급 발전설비와 연계해 새로 건설된 150Nm³/h 규모의 실증테스트 설비에서 장기운전을 거쳐 검증된 결과다. 내년에는 2,000Nm³/h 규모의 실증설비를 활용해 국제적 성능검증을 추진할 예정이다.

KCRC는 각 분야 전문가들로 연구팀을 구성해 흡수제의 ▲설계↔합성↔성능 ▲평가·개선↔공정 ▲모사·공정 개발에 이르는 전 주기를 체계적으로 추진한 결과 이 같은 성과를 달성했다.

김훈식 경희대 교수팀은 화학적 관점에서의 안정화된 혼합 아민 수용액에 비아민 계열의 물질을 첨가했다. 이어 물리·화학적 안정성뿐만 아니라 흡수속도 및 용량을 크게 향상시킨 흡수제를 개발했다.

이광순 서강대 교수팀은 신속하고 정확한 평가시스템을 구축해 우수한 흡수제를 선별하고 에너지 손실을 최소화할 수 있는 효율적인 신 공정을 개발했다.

백일현 에너지기술연구원 박사팀은 연속 순환장치 운전을 통해 흡수제 성능과 안정성을 평가하고, 해당 결과를 기반으로 선정된 흡수제와 공정에 대한 개선방향을 제시하는 역할을 수행했다.

이외에도 KCRC 주도로 150Nm³/h 규모의 실증테스트 운전 총괄 및 분석평가, EERC·NCCC 테스트 지원 등 연구 이외의 상업화나 기술검증 등의 업무가 수행되고 있다.

KCRC는 이번 성과를 바탕으로 2030년 세계 CO₂포집 플랜트 시장에 진입할 예정이다. 2050년 전망되는 150조원 규모의 글로벌 CO₂포집 플랜트 시장을 10% 점유할 경우 약 15조원의 매출이 창출될 것으로 예상했다.

KCRC는 고성능·저비용의 CO₂ 포집 원천기술 확보 및 적용을 통한 ▲국가온실가스 감축 ▲경제 활성화 ▲일자리 창출 역시 기대된다고 밝혔다.

박상도 KCRC 센터장은 “지난 5년간 연구자들이 지속해 온 노력이 헛되지 않고 이렇게 결실을 맺게 돼 매우 자랑스럽다”며 “향후 국제기관 성능 검증 및 관련기업 주도로 대규모 실증을 완료해 국내뿐만 아니라 세계시장을 선점해 나갈 수 있을 것”이라고 기대했다.

전 세계적으로 이산화탄소 포집기술 확보 주력
탄소 포집 및 격리(CCS, Carbon Capture&Sequestration) 기술은 이산화탄소를 배출하는 화력발전소·제철소 등에 적용된다. 이 기술은 이산화탄소를 고농도로 포집한 후 압축 및 수송과정을 거쳐 지하 1,000m 이상의 지중에 안전하게 저장하거나 유용한 물질로 전환해 재활용하는 기술이다.

이산화탄소 포집기술은 화석연료 연소후 배기가스로부터 이산화탄소를 분리하는 기술로, CCS 전체 비용의 약 75% 이상을 차지한다. 때문에 전 세계적으로 이 비용을 줄일 수 있는 혁신적 이산화탄소 포집기술 확보에 주력하고 있다.

KCRC 관계자는 “현재까지 개발돼 발표된 대부분의 이산화탄소 흡수제는 최소 120℃ 이상의 온도에서 재생되기 때문에 과다한 재생에너지가 소모되는 문제점이 존재한다”고 밝혔다.

이어 “포집기술의 본격적인 상용화를 위해서는 재생에너지를 혁신적으로 낮출 수 있는 혁신 흡수제 및 공정개발이 절실하다”고 강조했다.