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[출연연추천기술.22] 경제성 향상된 CO₂ 액상포집

한국에너지기술연구원 온실가스연구실, 이산화탄소 선택포집 액상흡수제와 공정 개발
고속 포집과 염 잔존·상분리 억제, 해외 탄소감축분 확보 위한 한미 협동연구
출연연 기술사업화 공동마케팅·윤병철 기자 bravodv@HelloDD.com 입력 : 2019.07.11|수정 : 2019.07.12
액상흡수재의 메커니즘과 공정 구성 <자료=에기연 제공>액상흡수재의 메커니즘과 공정 구성 <자료=에기연 제공>

이산화탄소는 지구온난화를 유발하는 주요 온실가스로 이산화탄소 저감정책이 국제적으로 시행 중이다. 대규모로 이산화탄소를 감축하는 방법은 70% 비용을 차지하는 포집기술에 달렸다. 산업계에선 이산화탄소를 분리제거하는 방법으로 경제성이 좋은 액상흡수법에 집중한다.

윤여일 한국에너지기술연구원 온실가스연구실 연구팀은 이산화탄소를 선택적으로 포집하는 액상흡수제와 포집공정을 개발했다.

액상흡수제가 이산화탄소를 흡수하는 원리는 알칼리 탄산염 수용액에 이산화탄소 흡수를 가속화하며 동시에 재생에너지를 낮추는 '입체장애(hindered) 시클릭 아민'을 첨가한 것이다. 시클릭 아민은 이산화탄소가 직접 반응하는 질소 원자를 중심으로, 정상반응을 늦추는 입체장애 효과의 알킬기가 다양하게 결합했다.  

흡수와 재생 반응을 하는 두 개의 반응탑에서 흡수제는 분자전달 작용(셔틀 메커니즘)을 통해 대기의 이산화탄소를 수용액에 빠르게 흡수 분리하고, 재생탑에서 수증기를 가열해 흡수제를 재생한 후 다시 흡수탑에 보내 사용하는 연속 운전 방식이다

이 결과 연구팀의 흡수제는 낮은 재생에너지와 높은 이산화탄소 흡수속도로 포집비용을 절감한다. 또한 염 생성과 층 분리현상이 발생하지 않아 흡수제 보충이 필요 없이 공정효율을 정상상태로 유지할 수 있다.

이 기술은 일본 미츠비씨중공업사가 세계최대 규모로 테스트하고 있는 액상 이산화탄소 포집 기술 KS 시리즈 보다 운전 조건에서 30% 이상 경제성이 낫다.

연구팀은 시멘트 생산시설에 개발기술을 적용해 30년 운전 기준으로 고정비, 운전비, 감가상각비 등 경제성을 분석한 결과, 1톤 이산화탄소를 포집할 때 27 달러 비용으로 이산화탄소를 90%이상 회수할 수 있음을 밝혔다. 

이 기술은 2016년 미국 테크커넥트의 '글로벌 혁신 기술상', 2017년 한국공학한림원의 '2025년 미래 대한민국을 이끌 100 대 공학기술상'을 수상했고, 2019년 CCS(이산화탄소 포집 및 저장)기술 분야에서 국내최초로 녹색기술인증을 받았다.

윤 박사는 "이산화탄소 저장처가 부족한 한국을 벗어나 미국 몬타나주처럼 저장처를 보유하고 있는 국가와 국제 협동 연구를 추진하고 있다"며 "포집기술만으로 해외 CCS 상용화에 진출할 경우 해외 탄소 감축분을 한국으로 가져올 수 있어서 향후 한국의 온실가스 감축 목표 달성에 크게 기여가능하다"고 밝혔다.

연구팀은 TRL 6 단계의 시작품 성능평가를 마쳤으며 상용화에 맞는 공정제작 납품이 가능하다. 

 
관련특허 입체저항 사이클릭 아민에 의해 효율이 향상된 알칼리 탄산염계 CO₂ 흡수제 및 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법
권리자 한국에너지기술연구원
Keyword #이산화탄소  #온실가스  #CCS  #포집
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온실가스연구실
[연구자]
윤여일 박사
 

 
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