환경기술 재생가능 ‘이산화탄소’ 회수용 건식흡착제, 최초개발

[영적치유]

 재생가능 ‘이산화탄소’ 회수용 건식흡착제, 최초개발

산업 배출 이산화탄소 90% 이상 회수기대

산업설비에서 배출되는 이산화탄소를 잡아 대기배출을 막아주는 고체성분의 건식흡착제가 세계 최초로 개발했다.

과학기술부 프런티어 이산화탄소저감 및 처리기술개발사업단 소속 류청걸 박사팀(한전 전력연구원)은 발전소․철강․시멘트 등 산업설비에서 나오는 배출가스 중 이산화탄소를 가장 경제적이며 효과적으로 분리할 수 있는 고형성분의 ‘건식재생 이산화탄소 흡착제’를 세계 처음으로 개발했다고 최근 개최된「이산화탄소 저감 및 처리기술 국제심포지엄」에서 발표했다.

이 흡착제는 이산화탄소를 잡아먹고 열을 가하면서 털어주면 이산화탄소를 내뱉는 일종의 ‘세라믹스폰지’ 역할을 한다. 현재 전 세계 에너지의 85%가 화석연료로부터 만들어 사용되고 있다. 화석연료를 사용하는 화력발전소의 경우도 석탄화력발전소가 지구온난화 주범인 ‘이산화탄소’의 세계 총배출량의 3분의1을 차지하고 있어 저감대상 1순위로 손꼽히고 있다.

따라서 선진국에서는 화력발전소의 이산화탄소를 잡아내기 위해 지금까지 ‘습식재생 흡착제’를 사용해왔다. 습식흡착제는 ‘아민’이라는 흡수물질을 물에 15-30%의 농도로 타서 만든 흡착제(일명 MEA. 액체아민)로 발전소에서 나오는 배출가스가 MEA를 통화하면 처리효율 30-50%를 달성한다. 이 습식흡착제는 흡수속도가 빠르나 그만큼 흡수력이 약한 단점을 지니고 있다.

또, 산화탄소 회수 효율이 30-50%정도에 머물고 있으며, 아민액체의 폐수처리 문제, 아민액체의 발전소 배출가스에 대한 내구성 문제 등이 있다. 또한 액체아민은 재활용 즉 이산화탄소와의 분리가 잘 안되며 재활용률을 높이기 위해 온도를 높이면 액체아민 자체가 분해돼 버리는 단점이 있다.

그래서 선진국은 습식흡착제를 석탄화력발전에 사용하지 않고 상대적으로 배출가스가 깨끗한 천연가스 화력발전에서 사용하고 있다. 습식흡착제 중 가장 효율성이 높은 것은 일본 미쯔비시 중공업은 90년 들어 10년간의 자체연구 끝에 개발한 액체아민 ‘KS-1흡수제’이다.

이 흡수제를 천연가스 화력발전에 이용한 결과 탄소를 기준으로 탄소 1톤을 회수하는 데 103달러가 들어가 기존 MEA대비 54%의 절감효과가 있다. 그러나 2010년경 국내외적으로 회수비용의 마지노선으로 잡고 있는 ‘탄소 1톤 회수당 50-60달러’ 수준에 는 못 미치는 실정이다.

류 박사는 “이 프런티어 사업 3단계가 마무리되는 2012년경, 사업단 내 협력연구팀의 건식흡착제용 공정시스템이 상용화 되면 우리나라가 탄소 톤당 60달러에 회수처리가 가능한 수준에 이르러 명실공히 회수비용의 마지노선(탄소 1톤 회수당 50-60달러 이하) 기준에 부합하는 ‘이산화탄소 배출저감 기술국’에 진입하게 될 것”이라고 말했다.

류 박사팀의 흡수제는 빵을 부풀릴 때 쓰기도 하는 ‘소다회’를 주성분으로 한다. 연구팀은 소다회에 값싼 세라믹재료를 결합시켜 분필가루 크기의 일정 밀도를 갖춘 둥근 알갱이로 가공처리를 했다.

이산화탄소가 포함된 화력발전소 배출가스를 이 흡착제로 채워진 밀폐형 상하회전 공정으로 내보내면 공정의 하나인 흡수탑에서 배출가스 중 이산화탄소만 흡착제와 결합한다. 그러면 이산화탄소를 제외한 나머지 배출가스는 다른 곳으로 빠져나가고 이산화탄소를 머금은 흡착제는 재생탑으로 넘어간다.

그곳에서 발전소 보일러에서 나오는 열을 끄집어내면 별도의 열공급시설 없이 120도 온도에서 흡착제를 털어주면 이산화탄소는 떨어져 나와 배송관을 타고 다른 곳으로 이동된다. 분리된 흡착제는 다시 흡수탑으로 건너가 새로 유입되는 배출가스 내 이산화탄소와 만나 결합한다.

이 건식 흡착제는 건조중량 100g 당 이산화탄소 8-10g과 반응한다. 따라서 시스템의 회전율을 높이면 이산화탄소 처리율 90%이상도 가능할 것으로 연구팀은 기대하고 있다. 실제로 연구팀 모의실험에서는 일정시간 동안 100% 처리율을 보여 ‘이산화탄소 완전처리’ 잠재력을 보여주었다. 류 박사는 “건식흡착제는 주성분이 소다회여서 처리에 큰 문제가 없는 환경친화적이며 이산화탄소 흡수력이 습식보다 강하다”고 설명했다.

현재 미국․일본 등 선진국은 습식흡착제 기술을 확보하고 있으나 건식흡착제 연구는 초기수준에 머물러 있다. 앞으로 연구팀은 흡착제가 이산화탄소를 머금어 부피가 커져도 흡착제의 세라믹 성분이 내구성을 유지시키는 연구 및 발전소 배출가스에서 이산화탄소 외에 이산화황․질산가스․염화수소 등 유독성 가스에 내한 흡착제의 내성을 키우는 연구 등을 진행해 3년 내에 건식흡착제 완제품 모델을 선보일 예정이다.

이같은 화력발전소용 이산화탄소 회수처리 공정이 상용화되면 이 기술을 상대적으로 작은 규모의 시설에 응용하기는 용이하다. 따라서 제철․시멘트 공장용 이산화탄소 회수시설도 연이어 상용화될 것으로 전망된다.

연구팀은 현재 이 건식흡착제와 관련해 국내특허 3건을 획득했으며 미국․일본․중국 등에 국제특허를 출원 중이다.