수소 생산 시 발생하는 이산화탄소 배출 최소화로 탄소중립 실현 기여
메탄(CH4) 대비 이산화탄소(CO2) 선택도 4.6배 향상, 흡착량도 우수
기존 흡착공정 대비 전력 사용량 절반 이상 절감 가능할 것으로 기대
▲한국에너지기술연구원이 개발한 이산화탄소 농축 시스템. 한국에너지기술연구원
국내 연구진이 탄소 포집·활용·저장(CCUS) 비용을 절반으로 낮추는 데 성공했다.
한국에너지기술연구원은 청정연료연구실 박종호 박사 연구진이 블루수소생산의 핵심 기술인 CCUS 핵심 소재와 공정 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.
블루수소란 수소 생산 과정 중 발생하는 이산화탄소를 포집해 지하에 매장하거나 석유화학 제품 원료로 활용함으로써 대기 중에 방출되지 않게 하는 수소 생산 방식이다.
연구진은 기존 수소 생산 공정에서 이산화탄소 포집을 위해 활용하던 흡착제의 낮은 흡착량과 배출가스 중 이산화탄소만 포집하는 선택도를 개선해 전체 공정의 효율을 올렸다.
개발된 흡착제를 공정에 활용하면 상용 흡착제 대비 이산화탄소를 4.6배 이상 높은 선택도로 정밀 포집할 수 있으며, 동시에 상용 흡착제와 유사한 수준의 흡착량을 유지할 수 있다.
기존 이산화탄소 포집 공정에서 사용하는 상용 흡착제는 배출가스 중 이산화탄소가 아닌 메탄(CH4)을 더 많이 포집하거나, 이산화탄소만 포집하려 하면 흡착량이 낮아지는 단점이 있었다.
이러한 단점으로 인해 이산화탄소 포집 설비를 키워 이산화탄소 포집량을 늘릴 수밖에 없고 장치 축소에 따른 운전비용 절감 등 효율 개선은 기대하기 어려웠다.
이를 극복하기 위해 연구진은 표면 특성이 극성인 흡착제를 개발하고 유효 흡착량의 극대화를 위해 이산화탄소에 대한 결합력을 최적화했다.
특히 이산화탄소를 분리하고 고순도로 회수하는데 필요한 전력 소비를 공정모사를 통해 계산한 결과, 1톤당 40킬로와트시(40kWh/ton-CO2)의 전력이 필요한 것으로 확인됐다.
선도 기업인 미국 에어프로덕츠사(社)의 기술(83kWh/ton-CO2)에 비해 전력 사용이 절반으로 절감됨에 따라 포집 비용도 절반 가량 줄일 수 있게 된 것이다.
박종호 연구책임자 박사는 “이번에 개발한 흡착제와 연구원이 보유한 수소 플랜트 설계 기술, 공정 개발 경험을 접목하면 연 백만톤 규모의 이산화탄소 포집 실증 및 1톤당 30달러 이하의 낮은 포집 비용으로도 블루수소 생산이 가능할 것"이라고 밝혔다.
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