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국내 연구진이 탄소포집공정이 필요 없이 경제성이 높은 이산화탄소(CO2) 전환 신공정을 개발해 주목을 받고 있다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 최근 청정에너지연구센터 이웅, 원다혜 박사 연구팀이 액상 흡수제에 포집된 이산화탄소를 전기화학적으로 직접 전환해 고부가가치 합성가스를 생산하는 공정을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.
연구팀이 개발한 이산화탄소 전환공정은 액상 흡수제에 포집된 고순도 기체 이산화탄소를 활용하기 때문에 기존의 복잡하고, 많은 에너지가 소모되는 이산화탄소의 고순도화 및 압축 과정을 생략할 수 있다.
이 때문에 기존 CCUS 기술 대비 가격경쟁력이 높고 탄소배출 저감효과가 크다는 장점이 있다. 또한 미반응 이산화탄소는 여전히 액상 흡수제에 포집돼 있기 때문에 생성물인 합성가스와의 추가 분리 공정 또한 필요 없고 합성가스의 수소와 일산화탄소 비율을 손쉽게 제어할 수 있다.
연구팀은 최적의 흡수제 선정, 반응 촉매 개발, 전기화학 반응기 개발, 장시간 운전 안정성 검증과 관련한 실험을 수행해 액상에서의 이산화탄소 직접 전환 반응 효율을 극대화할 수 있었다. 아울러 개발 공정에 대한 상용화 가능성을 확인하기 위해 상용급 공정에 대한 컴퓨터 모델링 시뮬레이션 연구도 수행했다. 이 밖에도 기술경제성 및 전 과정 평가를 통해 새로 개발한 이산화탄소 전환공정은 기존 CCUS 기술 대비 생산 단가 27.0% 절감 및 탄소배출 75.7% 저감이 가능할 것으로 예상했다.
이와 함께 화석연료 기반 기술 중심으로 형성된 화학 시장 가격과 비교해도 대등한 가격경쟁력을 확보할 수 있었다. 특히 합성가스의 경우는 기존 전환기술 대비 27.02% 생산 단가가 절감할 수 있으며 탄소배출은 1.13㎏ CO2/㎏에서 0.27kg CO2/㎏ 저감이 가능하다.
원다혜 선임연구원는 “개발된 기술은 포집된 이산화탄소를 활용해 전기화학적으로 고농도 합성가스를 효율적으로 합성하는 기술적 진보를 달성했다는 점에서 큰 의의가 있다”고 말했다. 이어 이웅 책임연구원은 “이산화탄소를 활용하는 다양한 전기화학적 전환 시스템에 응용 가능할 것으로 기대하고 있으며, 향후 이를 위한 연속 공정 실증 및 기업으로의 기술이전을 추진할 계획”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 운영되는 ‘유용물질 생산을 위한 Carbon to X 기술개발사업’으로 수행됐으며 연구 결과는 세계적 권위의 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 12월5일 게재됐다.
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