과학기술부 프론티어연구개발 사업으로 추진 중인 '이산화탄소저감및처리기술개발사업(단장 박상도)'의 일환으로 2002년 10월부터 기술개발에 착수하여 한국에너지기술연구원(원장 최익수)과 전력연구원(원장 김문덕)에서는 공동으로 새로운 방식의 건식 고체 CO2 흡수제를 이용한 이산화탄소 회수공정기술을 개발하였다. 그동안 실험실규모(2Nm3/시간 규모) 공정에서 개발 흡수제의 성능실험 및 공정 30시간 이상 연속실험을 마치고, 실가스 검증을 위해 기존 장치를 50배 확대(100Nm3/시간 규모) 건설하여 2006년 9월에 공정을 완공하였다. 이번 공정에서는 실제 발전소 배출가스와 똑같은 실제 연소가스를 사용하여 그 규모와 성능면에서 공정기술의 실용화를 앞당길 수 있는 획기적인 전기가 마련되었다고 할 수 있다. 이번에 개발된 기술은 기존 습식법에 비해 소재의 가격이 싸고, 부식성이 없는 친환경적인 재료를 사용하였기 때문에 CO2 회수 비용을 줄일 수 있으며, 폐수가 발생하지 않는 장점이 있다. 발전소, 철강, 시멘트 등 산업설비에서 화석연료의 연소로 발생하는 배기가스 중의 이산화탄소를 경제적이며 효과적으로 분리하는 데 활용될 것으로 기대된다. 건식흡수제 이용 이산화탄소 회수 기술 현황
지구온난화 문제가 이슈화가 되고 있는 가운데 지구 온난화 및 기후변화협약 대응 기술로는 첫째, 에너지절약 및 이용효율 향상기술, 둘째, 저탄소에너지 기술, 셋째, 이산화탄소처리 기술 등을 들 수 있다. 세 가지 기술의 복합적인 사용이 필요하지만 획기적인 미래 에너지기술이 개발될 때까지 화석연료의 지속적인 사용이 불가피한 실정을 감안할 때 이산화탄소처리 기술개발은 더욱 더 중요하다. 교토의정서가 발효되면서 국제적으로 이산화탄소 처리기술 확보를 위한 경쟁이 가속화되고 있는데 이산화탄소처리(회수+저장)비용 중 회수에 들어가는 비용이 약 70% 정도이기 때문에 핵심기술의 확보는 향후 기후변화 대응측면에서 매우 중요하다. 더욱이 우리나라는 이산화탄소 세계 9위 배출국이며 2002년 기준 4억 5천 1백만 톤의 이산화탄소를 배출하고 있어 이들 기술개발이 절실하다 할 수 있다. 연소배가스에 존재하는 이산화탄소(CO2) 농도는 4-16%로서, CO2를 선택적으로 회수하는 기술이 필요하다. 현재 배가스 중 이산화탄소를 회수할 수 있는 대표적 기술로서는 아민흡수법이 있는데. 배가스 중의 이산화탄소와 아민 용액이 접촉하면서 화학반응을 일으켜 Co2를 흡수하고, 이 용액을 다른 반응기에서 열을 가하여 순수한 CO2만을 회수하는데 회수비용 및 발생 폐수가 문제점으로 지적 된다. 본 건식 흡수제이용 이산화탄소 회수기술은 미국(RTI, NETL)과 유럽에서 1999년 초반부터 먼저 개발을 시작하였으나 본 연구진이 고체 흡수제의 CO2 제거율, 내마모성에서의 우수성과 공정연속운전에서도 보다 우수한 성능을 보여 기술적 우위에 서게 되었다. 개발 신기술 개요 이번에 개발된 기술은 과학기술부 프론티어 연구개발 사업의 하나인 '이산화탄소저감및처리기술개발사업'의 일환으로 2002년 10월부터 기술개발에 착수하여 한전 및 발전5개사(남동발전, 남부발전, 동서발전, 서부발전, 중부발전)가 참여기업으로 지원하고 있으며, 에너지기술연구원, 한전 전력연구원(위탁 경북대학교)이 협동으로 기술개발에 참여하고 있다. 건식 재생 이산화탄소(CO2) 회수기술은 액체아민을 사용하는 기존의 습식공정과 달리 재생 가능한 고체흡수제를 사용하여 이산화탄소를 흡수하며, 흡수제를 재생하여 농축 이산화탄소(90%이상)로 회수하고, 이를 저장 또는 전환하여 대기 중으로 배출되는 이산화탄소를 제거한다. 이 기술은 기존 습식법에 비해 흡수제 소재의 가격이 싸기 때문에 CO2 회수 비용을 줄일 수 있으며 또한 배기가스 중의 이산화탄소 회수를 위해 흡수/재생과정을 연속적으로 반복하는 유동층 CO2 회수공정에서, 흡수제는 흡수/재생과정을 빠르게 순환하면서 반복적으로 재사용되므로 경제적이다. 한국에너지기술연구원(연구책임자 이창근 박사)에서는 독자적인 2탑 유동층공정 개발, 실험실규모 공정 연속실험, 실가스 검증을 위한 50배 확대 공정제작을 완성하였으며, 한전 전력연구원(연구책임자 류청걸 박사)에서는 흡수제 설계, 슬러리 제조 및 특성제어, 분무성형 등 전 과정에 대한 원천 기술을 보유하게 되었다는 점에서 의의가 있다. 개발된 흡수제 조성, 성형과정, 제조공정은 개발의 독창성 확보 및 시장 창출을 목표로 현재 국내는 물론 미국, 일본, 중국에 특허 출원되었다. 기대 효과 이번 기술개발의 가장 큰 성과는 발전소와 같은 대량의 이산화탄소 배출원에서 발생한 이산화탄소를 저렴하고 효율적으로 분리할 수 있는 원천기술을 확보하였다는 것이다. 앞으로 우리나라가 온실가스저감 의무 부담국이 되고 탄소세 부과시 CO2 회수기술의 국산화는 더욱 더 중요해지며 국제시장 진출을 통해 CO2 회수처리 시장을 선도할 수 있을 것이다.
이산화탄소 회수 저장기술의 문제점은 현재의 비싼 회수비용을 낮추는 것이다. 개발목표인 저가 CO2 회수기술 개발($60/tC=$16.3/tCO2)은 현재의 다른 기술($120/tC=$32.7/t CO2)에 비해 처리비용을 절약하면서 화력발전소에서 발생하는 CO2를 회수할 수 있다. 국내배출 1억2천3백만 탄소톤 중 약 32%를 차지하는 화력발전소가 본 기술의 적용대상이며, 향후 탄소세가 적용되어 경제성이 확보되는 시점에 본 기술을 화력발전소에 적용할 경우 약 23억 6천만달러를 절감할 수 있을 것으로 전망된다. 또한 건식 CO2 회수기술개발은 궁극적으로 화석연료 특히 석탄을 지속적으로 사용하면서 경제성장을 유도하고 대기의 CO2 농도를 안정시킬 수 있는 방안으로 활용될 것이다.
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