이산화탄소는 과연 천덕꾸러기인가~!(2012.09.27)

[이문창]

많은 분들이 이산화탄소는 지구온난화의 주범으로 이 세상에서 있어서는 안되는 공기 성분으로 인식하고 있습니다. 이산화탄소는 천덕꾸러기가 아니고 우리에게 유용한 가스라는 사실을 인식시킬 필요가 있어 지난 달 목포대학교 환경교육과에서 주관한 전국 중등 교사 환경지도자과정 연수에서 수서곤충 소개와 함께 강의하였습니다. 주 내용은 다음과 같습니다.

최근 이산화탄소의 이용 동향

1) CCS(Carbon dioxide Capture and Storage이산화탄소 포집 및 저장기술)

 CCS(Carbon dioxide Capture and Storage이산화탄소 포집 및 저장기술)는 발전 및 산업공정(철강, 시멘트, 정유, 비료산업)등 대규모 이산화탄소 발생원으로부터 배출된 이산화탄소의 90％이상을 포집한 뒤 압축·수송함으로써 유전, 가스전, 대염수층에 저장하는 기술이다. 현재 CCS에 연간 약 145억 원을 투자 중인 지경부는 2020년까지 기술 상용화를 목표로 실증 규모의 단계적 확대와 저장소 확보를 위해 우선 2010년부터 국내 이산화탄소 저장 잠재량 조사를 통해 저장 가능성이 높은 지역을 검토, 선정할 계획이다. 또 국내 대규모 저장이 어려울 경우를 대비해 이산화탄소를 재자원화하거나 재료에 흡수시키는 등 대체 저장기술 개발도 병행키로 했다.

2) 이산화탄소 강화재배

 일반적으로 대기오염과 지구온난화를 일으키는 배출가스로 지목되는 이산화탄소가 '효자' 노릇을 한다. 일반적으로, 겨울철에는 온도 유지를 위해 환기를 하는 특성상 온실 내부의 이산화탄소 농도가 대기중 농도(380PPM)의 50% 안팎으로 매우 낮아지고, 낮은 이산화탄소 농도는 생산량 및 품질 저하를 가져온다. 이에 비해, '이산화탄소 강화재배'라는 이름의 새로운 농법은 온실 속 공기 중 CO2 농도를 높여준다. 식물의 생육활동인 광합성에 필요한 CO2를 풍부하게 공급함으로써, 생장을 촉진하는 것이다. 이를 위해 하우스 안에 고순도의 식음료용 드라이아이스를 두고 CO2를 공급한다. CO2 강화재배법을 적용하면 광합성량 증가에 따른 생산량 증가와 품질향상, 수확시기 단축 등의 효과를 통해 단위면적당 수익을(일반 농법에 비해) 30% 이상 올릴 수 있다.

* CCC(Carbon dioxide Capture and Cultivation) : 이산화탄소 발생원으로부터 배출된 이산화탄소의 90％이상을 포집한 뒤, 이를 농업에 이용하는 기술이다. CCC 기술은 현재 우리나라가 가지고 있는 시설원예하우스 약 50,000ha를 이산화탄소 저장소로 이용하는 것이다. 전 시설원예하우스에서 5개월 동안 이산화탄소를 이용한다면 200만톤의 이산화탄소를 감축할 수 있다.

3) 고품질 탄산칼슘 제조

 요즘 기능성 식품이 각광을 받고 있다. 일반 우유보다 칼슘이 강화된 우유는 가격이 비싸다. 여기에 첨가되는 칼슘은 고품질 탄산칼슘을 이용하는데 고급 종이, 플라스틱, 페인트 제조에도 필요하다. 현재 고품질 탄산칼슘은 상당 부분을 수입에 의존하는데 중질탄산칼슘을 산화 시켜 고순도의 CaO를 얻고 고순도 CO2를 반응시켜 합성된 것이 PCC(Precipitated Calcium Carbonate): 침강성 탄산칼슘이다.

* 중질탄산칼슘(Ground Calcium Carbonate) : 덩어리상태의 탄산칼슘을 분쇄하여 만듬

 4) 초임계 추출법

 초임계유체(Supercritical Fluid, SCF)란 임계 압력 및 임계 온도 이상의 조건을 갖는 상태에 있는 물질로 정의되며 일반적인 액체나 기체와는 다른 고유의 특성을 갖는다. 임계점(critical point)은 물질이 액체 또는 기체상으로 평형을 이루며 존재할 수 있는 임계점을 의미한다.

 일반적으로 식물로 부터 유용성분을 추출할 때 유기용매(메탄올 등)을 사용한다. 그러나 이들의 잔류가 문제가 되므로 최근에는 잔류성분이 전혀 없는 추출재를 사용하여 추출하고자 하는 연구를 많이 하고 있다. 그중에 하나가 초임계 추출법으로, 이산화탄소를 고압으로 압축해서 초임계상태라는 특이한 상태로 만들어서 추출하는 방법이다. 초임계추출법은 저온추출이 가능하기에 영양소나 기능성 물질의 주된 성분에 전혀 손상을 주지 않고 고순도의 물질을 얻을 수 있고, 추출 종료 후 용매가 잔존하지 않으며 농축 등의 후처리 공정이 필요 없다.

                          그림 1. 초임계유체(supercritical fluid, SCF) - CO2

* 천연물 초임계 추출 적용사례

 원두에서 Caffeine제거 (Kraft General Food), 담배로부터 Nicotine 제거 (Phillip Morris), 계란 난황에서 Cholesterol제거 (Phasex), 향신료, 참기름, Essential oil, 피톤치트 추출, 창포에서 창포 오일 추출(나노 바이오 연구센터)

5) 이산화탄소 드라이크리닝

 dry cleaning이란 유기 솔벤트를 사용하여 세탁하는 것을 말한다. 그런데 현재 사용하고 있는 퍼크 용제는 많은 문제점을 가지고 있다. 탁월한 솔벤트 기능 때문에 솔벤트에 과민반응을 일으키며 대기중으로 휘발되어 대기 오염을 유발시킨다.

US EPA(미 환경청)의 유독성 공해기준 (NESHAP)에 따르면 퍼크는 규제대상의 유독성 공해물질. 켈리포니아 주는 향후 15년까지 퍼크의 사용을 점차로 축소해 나가고 2023년에는 완전히 금지하는 법안을 발효했으며 뉴저지 주와 매사추세츠 주도 퍼크 규제법안을 마련 중이다.

또 다른 문제점으로는 석유 솔벤트나 하이드로카본은 가연성 솔벤트이기 때문에 화재의 위험성이 있으며 폭발 방지 제어가 필요하고 건조시간이 길어서(보통 적어도 30분) 클리닝하고 건조시키는데 도합 1시간 이상이 걸린다.

 유기 솔벤트 대신에 액체이산화탄소를 쓰게 되면 탈유과정이 필요 없게 되므로 섬유가 상하지 않으며 세탁을 완전히 끝내는데 30분이 채 걸리지 않는다. 액체 이산화탄소는 기화되어 재사용되기 때문에 토양과 물을 오염시킬 염려는 없어서 가장 친환경적인 시스템이다