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[기획] CCS 기술개발 및 연구동향공공의 적 이산화탄소 꼼짝 마!
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승인 2013.01.03  
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CO2잡는 CCS 기술, 초기 시장을 선점하라

전세계 신성장동력기술로 급부상

화석연료의 사용 증가로 온실가스가 야기하는 지구 온난화의 기후변화는 가뭄, 홍수, 폭염, 생태계 파괴 등의 형태로 표출되면서 사회, 경제, 환경 측면에서 인류의 생존에 실직적인 위협 요인으로 대두되고 있다.

이에 전세계는 지난 1992년 리우데자네이루 유엔 기후변화 협약, 1997년 교토의정서에 이어 2009년 12월 코펜하겐 유엔 기후회의, 2010년 11월 서울 G20 정상회의 등 일련의 국제회의를 통해 온실가스 감축을 위한 방안을 활발히 논의해오고 있다. 온실가스 감축이 현실화 되고 있는 가운데 우리나라도 2009년 11월 국무회의를 통해 2020년 배출 전망치 대비 30% 감축목표를 설정함에 따라 이산화탄소 저감에 대한 압박을 받고 있는 상황이다.

이산화탄소(CO2)는 대표적인 온실가스로 지구 전체 온실가스의 70% 이상을 차지하고 있어 CO2 감축이 온실가스 감축의 실적적인 핵심요소가 되고 있다. 화석연료를 다량으로 사용하는 화력발전소, 제철소, 석유화학공장, 시멘트공장 등이 CO2의 대량배출원이 되고 있으며 이들이 전체 CO2 배출량의 50~60%를 차지하고 이중에서도 발전분야가 약 70%를 차지한다.

이러한 가운데 이산화탄소 포집 및 저장 (Carbon Capture & Storage : CCS) 기술이 온실가스를 줄일 수 있는 실효성 있는 기술적 대안으로 부각되면서 선진국을 중심으로 CCS 기술개발 경쟁이 가속화 되고 있다.

이에 이번 호에서는 국내외 CCS산업기술 동향 전반에 대해 살펴보고 기술개발에 필요한 것들에 대해 알아보고자 한다.

<편집자 주>

■ CCS 기술이란?

CCS 기술은 화석연료 사용으로 인해 발전소, 철강, 시멘트 공장 등 대량발생원으로부터 CO2를 포집한 후 압축 및 수송하는 과정을 거쳐 육상 또는 해양지중에 안전하게 저장하거나 유용물질로 전환하는 일련의 과정을 말한다. CO2를 직접 효율적으로 줄일 수 있는 기술인 CCS는 포집기술, 수송기술, 저장기술, 그리고 전환기술로 크게 네 가지로 나누어진다.

CO2 포집기술

CO2 포집기술은 전체 비용의 70~80%를 차지하는 핵심 기술로 크게 연소 후 회수기술(post-combustion technology), 연소 전 회수기술(pre-combustion technology), 순 산소 연소기술(oxy-fuel combustion technology)로 구분된다.

연소 후 배기가스에 포함된 CO2를 포집하는 연소 후 포집기술은 기존 발생원에 적용하기 가장 쉬운 기술로 흡수&#8729;흡착제, 분리막 등을 이용해 CO2를 흡&#8729;탈착 시켜 분리하는 방법이다. 이 기술은 흡수제의 효능향상과 공정 개발 등에 초점이 맞춰져 개발되고 있다.

·흡수제(absorbent): CO2를 흡수하는 데 쓰이는 것
·흡착제(adsorbent): 흡수된 CO2에 열을 가하고 털어주어 CO2를 제거하는 데 쓰이는 것
·분리막(Membrane): 2가지 이상의 물질을 막을 이용해 통과시켜 걸러내는 것
·흡착(adsorption): 기체나 용액의 분자들이 고체표면에 달라붙는 현상
·탈착(desorption): 흡착한 성분이 흡착제로부터 떨어지는 현상

연소 전 회수기술은 연소를 통해 CO2가 발생하지 않도록 하는 공정기술로서 화석연료의 부분산화나 천연가스 개질 및 수성가스 변위 반응 등을 통해 생성된 수소와 CO2를 분리해 수소를 생산하는 기술이다.

순 산소 연소기술은 공기 중의 산소와 질소를 분리해 산소만을 연소기에 공급하고 화석연료를 연소시켜 고농도의 CO2 배가스(설비, 시설물 등에서 배출되는 가스)를 얻은 후 회수하는 기술이다.

전세계적으로 CO2 포집기술은 CCS 기술 중 가장 연구개발이 활발한 분야로 다양한 기술 개발 및 실증사업이 전개되고 있다. IEA 보고서에 따르면 CCS기술은 급성장해 2030년까지 240기의 500mw급 석탄화력발전용 CO2 포집플랜트 건설시장이 열릴 것으로 예상된다.

해외 포집기술의 실증사업의 경우 EU는 EU는 2020년 CCS 상용화, 화력발전소 Zero CO2 Emission을 목표로 2015년까지 10~20개 대규모 실증사업에 120억유로를 지원할 계획이며 영국은 2개, 독일은 3개의 실증 프로젝트를 추진중이다. 일본 역시 NEDO 및 RITE 주도 아래 습식 아민 이산화탄소 포집기술의 2015년 상용화를 목표로 실증연구를 추진 중이며 이 계획의 일환으로 29개사가 출자한 세계 최초 CCS 전문 민간기업인 ‘일본 CCS 주식회사’가 2009년 출범했다. 미국에서는 EOR(Enhanced Oil Recovery) 공정에 사용하기 위한 CO2를 회수하는 방법으로써 아민을 이용한 화학흡수법이 주목을 받아 연구개발이 진행중이다.

CO2 수송기술

이 기술은 포집한 이산화탄소를 격리 또는 저장하는 곳까지 수송하는 기술로 선박/철도/트럭 등을 이용하거나 육상/해상 파이프라인을 이용하여 수송된다. 보통 1,000km까지는 내륙 파이프 및 해양 파이프라인을 이용한 수송이 유리하며 1,000~1,800km는 내륙의 파이프 수송이 1,800km가 넘어서게 되면 선박을 이용한 수송이 더 유리한 것으로 평가되고 있다.

대부분의 수송기술이 이미 널리 사용되고 있는 운송방법이기 때문에 별도의 기술개발보다는 실증 위주로 진행되고 있다.

CO2 저장기술

포집된 CO2를 영구 또는 반영구적으로 격리하는 CO2 저장기술은 지중저장, 해양저장, 지표저장 등으로 구분된다. 지중저장은 단순 격리·저장하는 방법과 저장과 동시에 재이용하는 방법으로 구분될 수 있는데 단순 격리·저장하는 방법은 폐유전 및 가스전(EGR), 대염수층(지하 800m 이상의 지하수층)등에 저장법 등이 있으며 재이용하는 방법에는 EOR(Enhanced Oil Recovery: 석유회수증진법) 방법과 ECBMR(Enhanced Coal Bed Methane Recovery: 석탄층 메탄회수증진법) 방법이 있다.

EOR은 유전에 CO2를 주입해 얻은 압력으로 CO2 격리와 함께 더 많은 원유를 채굴하는 방법이며 ECBMR은 석탄이 매장돼 있는 층에 CO2를 주입해 얻는 압력으로 탄층 내 메탄을 회수하며 동시에 CO2를 격리하는 기술이다.

해양저장 기술은 해양에 방출하는 방법으로 해저 3000m 이하에 분사함으로써 이산화탄소를 하이드레이트(水化) 형태로 저장시키는 방법으로 이 방법을 이용할 경우 향후 지구에서 발생하는 CO2를 500년간 저장할 수 있을 것으로 기대되나 생태계 문제와 해향의 산성화 등의 안정성 문제로 현재 국제법상 금지돼 있다.

지표저장법은 마그네슘이나 칼륨과 같은 이산화탄소를 첨가가능 광물에 반응시켜 화학적으로 저장하는 방법이다. 하지만 이 방법은 느린 속도에 의한 과다한 처리비용과 완료 후 생성된 물질을 처리하는 비용 등 2차 문제가 발생돼 대부분 연구가 미비한 상황이다.

저장기술은 이러한 해양, 지표저장의 문제로 인해 현재까지는 지중저장기술이 과학&#8729;기술적 측면에서 가장 효과적일 뿐만 아니라 경제&#8729;산업적인 측면에서도 가장 우수한 기술로 평가되고 있다.....
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