건식흡수제 이용 이산화탄소 회수 신기술개발
에기연이 개발한 건식흡수제 이용 이산화탄소 회수공정 (용량: 100Nm3/h = 0.5톤CO2/일)
전력연이 개발한 건식 CO2 흡수제의 전자 현미경 사진
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 데에 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
금번 개발된 기술은 과학기술부 프론티어 연구개발 사업의 하나인 “이산화탄소저감및처리기술개발사업(단장: 박상도)”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 출원 되었다.
기대 효과
본 기술개발의 가장 큰 성과는 발전소와 같은 대량의 이산화탄소 배출원에서 발생한 이산화탄소를 저렴하고 효율적으로 분리할 수 있는 원천기술을 확보하였다는 것이다. 향후 우리나라가 온실가스저감 의무 부담국이 되고 탄소세 부과시 CO2 회수기술의 국산화는 더욱 더 중요해 지며 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/tCO2)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.
건식 CO2 회수기술개발은 궁극적으로 화석연료 특히 석탄을 지속적으로 사용하면서 경제성장을 유도하고 대기의 CO2 농도를 안정시킬 수 있는 방안으로 활용될 것이다.
* 건식재생 CO2 흡수제 : 동그란 모양의 작은 입자로서 이산화탄소(CO2)와 잘 반응할 수 있는 성분을 포함하고 있다. CO2가 포화된 입자는 열을 가하여 주면 흡수한 이산화탄소(CO2)를 재 배출하고 반복 사용할 수 있다.
* 유동층 반응기 : 입자를 담은 용기안에 적당한 유속으로 배가스를 불어 넣어 주면 입자가 날아가지는 않으면서 둥실둥실 떠서 움직이게 된다. 이런 상태가 CO2와 고체흡수제가 반응이 잘 일어나계 되는 유동화 상태이다. 이러한 유동화 상태에서 기-고 반응이 일어나는 반응기
웹사이트: http://www.most.go.kr
연락처
기초연구국 원천기술개발과 사무관 김중호 031) 436-8606
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2008년 2월 25일 10:56
