에너지硏, 이산화탄소 포집기술 개발
99% 순도 CO₂ 96%까지 회수 가능
[이투뉴스] 국내 연구진이 블루수소 생산비용을 절반으로 낮출 수 있는 이산화탄소(CO₂) 포집기술 개발에 성공했다.
한국에너지기술연구원은 박종호 청정연료연구실 박사팀이 CO₂ 포집에 사용되는 핵심 소재와 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진이 개발한 소재와 기술을 활용하면 블루수소 생산 비용을 크게 낮출 수 있다.
수소는 아직 그레이수소(천연가스 개질 및 석유화학 공정서 생산)가 생산량의 90% 이상을 차지하고 있다. 그레이수소는 생산과정에서 수소 1kg을 만드는데 10kg의 이산화탄소가 발생한다.
재생에너지를 활용해 그린수소를 생산할 수 있으나 아직 기술력과 경제성이 부족해 현실적인 대안으로 블루수소가 주목받고 있다.
블루수소는 천연가스 개질 과정에서 이산화탄소를 포집하면서 생산한 수소다. 국제에너지기구에 따르면 2050년 블루수소 공급량은 2억톤까지 늘어날 전망이다.
연구진은 기존 흡착제의 낮은 흡착량과 포집 선택도를 개선해 전체 공정의 효율을 높였다. 연구진이 개발한 흡착제를 공정에 활용하면 기존 흡착제와 비교해 CO₂를 4.6배 이상 높은 선택도로 포집할 수 있다.
기존 흡착제는 배출가스 중 CO₂가 아닌 메탄(CH₄)을 더 많이 포집하거나, 흡착량이 낮아지는 단점이 있었다. 연구진은 이 문제를 개선하기 위해 표면 특성이 극성인 흡착제를 개발했다. 아울러 유효 흡착량 극대화를 위해 CO₂ 결합력을 최적화했다.
특히 연구진이 개발한 흡착제는 극성을 띄고 있어 무극성도가 높은 CH₄와의 인력을 줄일 수 있다. 반면 CO₂에 대한 친화도는 유지하는데 성공했다.
여기에 그치지 않고 흡착제를 적용해 진공압력변동흡착 공정기술도 개발했다. 연속 운전 수행 결과 99% 순도 이산화탄소를 92% 회수율로 포집하는데 성공했다. 기존 흡착제를 사용하면 96% 순도의 이산화탄소를 67%만 회수할 수 있다.
CO₂를 분리하고 고순도로 회수하는데 필요한 전력 소비량은 공정 모사를 통해 계산했다. 연구진이 자체적으로 계산한 결과 CO₂ 1톤을 포집하는데 40kWh의 전력이 필요한 것으로 확인됐다. 현재 대표적인 블루수소 생산기업인 미국 에어프로덕츠의 기술로도 CO₂ 1톤을 포집하는데 83kWh의 전력이 필요하다. 이번에 개발한 기술이 글로벌 기업의 기술보다 전력 사용량을 절반으로 줄인 것.
연구책임자인 박종호 에너지연 박사는 “이번에 개발한 흡착제와 연구원이 보유한 수소플랜트 설계기술, 공정개발 경험을 접목하면 연간 100만톤 규모의 이산화탄소 포집 실증과 1톤당 30달러 이하의 포집 비용으로 블루수소 생산이 가능할 것”이라고 말했다.
유정근 기자 geun@e2news.com