[특별기획] 이산화탄소 포집기술

특^별기획

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 27, No. 2, 2009…

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이산화탄소저감및처리기술개발사업단 [email protected]

IEA는 세계에너지 통계자료(2006)를 통해 2050년까지 70% 이상의 에너지를 화석연료가 담당하고 특히 석탄 비중이 확대될 것으로 보고하고 있다. 따라서 획기적인 미래에너지기술이 개발될 때까지 당분간 화석연료를 사용 할 수밖에 없는 현실을 감안한다면, 이산화탄소 문제를 해결할 수 있는 기술이 연계된 화석연료 활용 기술은 피할 수 없는 선택이다.

이산화탄소 포집 및 저장 기술은 화석연료 사용으로 인해 대량배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 대기 중 으로부터 격리시키는 기술로서 경제성 있는 대체에너지가 개발될 때까지 화석연료를 에너지원으로 사용하기 위 한 유일한 온실가스 감축 대안으로 저탄소 녹색성장의 기반구축과 적극적 기후변화 대응을 위한 핵심 녹색기술로 서 선진국들은 기후변화협약의 의무부담을 달성하기 위해 이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon Capture and Storage, CCS)개발에 박차를 가하고 있다.

미국은 범부처프로젝트인 CCTP프로젝트의 하나로 2015년까지 실용화가 가능한 기술적 검증을 완료한다는 목표 하에 CCS R&D 프로젝트를 역점적으로 추진하고 있으며 EU는 FP7 프로그램 중 Zero Emission fossil fuel Power plant(ZEP)를 통해 2020년까지 CO2무배출 화력발전소의 가동을 목표로 관련 연구에 32억 유로를 투입하고 있다. 일본은 RITE를 중심으로 2015년까지 CCS 기술의 실증을 완료한다는 목표를 가지고 전략적으로 관련 연구를 추진중이다. 한편 IEA는 CO2포집비용이 25~30$/tCO2에 달하는 2015년경 CCS 시장이 형성되어 2020년경 본격화될 것으로 전망하고 있다.

우리나라는“저탄소 녹색성장”을 국정지표로 제시하면서 기후변화대응 R&D 중장기 마스터플랜, 녹색기술연 구개발 종합대책, 기후변화대응 종합기본계획 세부이행계획, 신성장동력 비전 및 발전전략, 그린에너지산업 발전 전략 등을 통해 CCS기술을 국가 중점기술로 선정하고 현재 세부 R&D 전략을 수립중이다. 아울러 지난 2002년 부터 교육과학기술부 주도로 CCS 관련 핵심원천기술 확보를 위한 기반연구가 추진 중이며 최근 지식경제부에서 도 CCS 기술 전범위에 대한 투자를 확대하고 있는 실정이다.

CCS 기술 중 이산화탄소 포집기술은 전체 비용의 70~80%를 차지하는 핵심 기술로서 크게‘연소후 포집기술 (Post-combustion technology)’, ‘연소전 포집기술(Pre-combustion technology)’및‘산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)’로 구분된다. 연소 후 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 기술인 연소 후 포집 기술은 기존 공정에 적용하기 가장 용이한 기술로 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡·탈착하여 이산화탄소를 분리하는 방법으로 획기적인 흡수제 효능향상과 공정 개발 등에 초점이 맞추어져 개발되고 있다. 연소전 포집기 술은 1차 연료(석탄, 천연가스 등)로부터 수소와 일산화탄소의 혼합가스를 생산한 다음 수성가스변위반응을 통 해 CO를 수소와 CO2로 전환하여 분리하는 방법으로 해당기술로는 흡착 기술, 흡수 기술, 막분리 기술 등이 포함 된다. 순산소 연소기술은 공기 중의 산소와 질소를 분리하여 산소만을 연소기에 공급, 화석연료를 연소시켜 고농 도의 이산화탄소 배가스를 얻은 후 포집하는 기술이다.

이제부터 4장에 걸쳐 아민계 흡수제, 암모니아수, 탄산칼륨용액, 건식흡수제, 분리막 등을 이용한 연소후 기술, 연소전 기술, 고압연소와 미분탄연소법을 이용한 순산소연소기술, 기존기술의 한계를 돌파할 수 있는 혁신기술인 MOF, 이온성액체, 생체모방기술 등을 활용한 이산화탄소 포집기술에 대해 상세히 소개하고자 한다.