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[국내논문] 이산화탄소를 활용한 고부가화합물 제조기술의 경제성 평가연구
Economic Evaluations for the Carbon Dioxide-involved Production of High-value Chemicals 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.52 no.3, 2014년, pp.347 - 354  

이지현 (한전 전력연구원, 미래기술연구소) ,  이동욱 (한전 전력연구원, 미래기술연구소) ,  장세규 (한전 전력연구원, 미래기술연구소) ,  곽노상 (한전 전력연구원, 미래기술연구소) ,  이인영 (한전 전력연구원, 미래기술연구소) ,  장경룡 (한전 전력연구원, 미래기술연구소) ,  최종신 (한국동서발전(주)) ,  심재구 (한전 전력연구원, 미래기술연구소)

초록
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본 연구에서는 연소 배가스 중에 포함된 이산화탄소의 탄산화 반응을 통한 고부가화합물 제조기술의 경제성평가를 수행하고 화합물 생산 계획에 따른 이익 및 내부수익률(Internal Rate of Return, IRR)을 분석하였다. 본 연구에서 고려된 기술을 이용하면 발전소에서 발생되는 연소배가스 중의 이산화탄소와 전기분해를 통해 발생되는 가성소다와의 탄산화 반응을 통해 고부가화합물(중탄산나트륨, $NaHCO_3$)의 생산 및 이산화탄소의 저감이 동시에 가능하다. 또한 전기분해에서 생산되는 염소 및 수소 가스는 다시 차아염소산나트륨(NaOCl) 및 고순도 염산의 제조에 적용된다. 기술의 경제성 평가를 위한 방법으로는 순현재가치법(Net Present Value method, NPV) 및 내부수익률(Internal Rate of Return, IRR)을 활용하여 일일 100톤의 이산화탄소를 처리할 수 있는 공정을 대상으로 20년간 상업운전을 가정하였다. 상기 가정하에서 20년간의 내부수익률은 약 67.2%, 20년간의 운전기간을 통한 총 이익은 순현가 기준으로 약 346,922 백만원으로 산출되었다. 그리고 2015년부터 시행예정인 탄소배출권 거래가 활성됨에 따른 ETS 수익을 고려할 경우 총이익은 약 60억원 향상되는 것으로 분석이 되었다. 상기 분석을 살펴보면 이산화탄소의 탄산화 반응을 통한 고부가화합물 제조기술은 온실가스 저감효과를 가져올 뿐만 아니라 경제성이 뛰어난 것으로 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Economic evaluation of the manufacturing technology of high-value chemicals through the carbonation reaction of carbon dioxide contained in the flue gas was performed, and analysis of the IRR (Internal Rate of Return) and whole profit along the production plan of the final product was conducted. Thr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 관련하여 본 논문에서는 전체 기술의 경제성 평가를 위해 단위 염소 생산을 위한 전력사용량이 가장 낮은 분리막을 활용한 전기분해 공정을 대상으로 분석을 수행하였다. 상기 공정의 개략도는 다음과 같다(Fig.
  • 본 논문에서는 관련하여 연소 배가스 중에 포함된 이산화탄소의 탄산화 반응을 통한 고부가화합물 제조기술의 경제성을 순현재가치법(Net Present Value method, NPV) 및 내부수익률(Internal Rate of Return, IRR)을 활용하여 분석하고자 하였다. 이를 위해 일일 100톤 규모의 이산화탄소를 처리할 수 있는 플랜트(석탄화력발전소 발전용량 기준 약 5 MW급)를 대상으로 다양한 화합물 생산계획에 따른 플랜트 수명기간(20년)의 현금흐름을 분석하고 이를 바탕으로 발생되는 이익 및 내부수익률을 산출하였다.
  • 상기 제시된 주요 데이터(투자비, 운영비등)를 바탕으로 본 논문에서 제시된 이산화탄소의 탄산화 반응을 통한 고부가화합물 제조기술의 경제성을 평가하였다. 분석 결과 총 20년간의 플랜트 가동을 기준으로 하였을 경우 내부수익률(IRR)은 약 67.
  • 이를 위해 일일 100톤 규모의 이산화탄소를 처리할 수 있는 플랜트(석탄화력발전소 발전용량 기준 약 5 MW급)를 대상으로 다양한 화합물 생산계획에 따른 플랜트 수명기간(20년)의 현금흐름을 분석하고 이를 바탕으로 발생되는 이익 및 내부수익률을 산출하였다. 이를 통해 온실가스 저감 및 고부가 화합물 생산기술로서 CO2 탄산화반응 기술의 기술성 및 경제성을 평가하고자 하였다.
  • 한전 전력연구원 등에서도 관련하여 단국대학교와 CA 공정 하에서의 전기사용량 저감기술개발 진행 중에 있다. 이에 본 민감도 분석에서는 현재 진행 중인 기술개발을 고려하여 전기분해에 소비되는 에너지사용량 저감에 다른 내부수익률 및 이에 따른 비용변화를 분석하고자 하였다. 이를 위해 Table 5와 같이 CA 전기분해공정에서 단위 염소가스 생산을 위한 전기사용량을 기존의 2,500 kWh/tCl2 대비 20%가 저감된 경우(2,000 kWh/tCl2) 및 30%가 저감된 경우(1,750 kWh/tCl2)에 대하여 민감도 분석을 수행하였다.

가설 설정

  • 상기 물질수지 계산에 있어서 검토된 반응은 상기 반응식에 따라 수율을 100%로 가정하였으며, 이송 및 기타 원인에 의한 손실은 고려하지 않았다. 투입되는 에너지의 경우 전체 공정에서 가장 많은 부분을 차지하는 것이 전기분해설비 가동을 위한 전기 사용량 부분이다.
  • 또한 기존 석탄화력발전소의 경우 발전소 취수구 주변 소독을 위해 해수 전기분해를 통한 차아염소산나트륨 생산설비가 구축이 되어 있기 때문에 CA 전기분해를 통해 추가로 차아염소산나트륨을 생산하는 것은 경제성이 떨어지는 것으로 분석되었다. 이에 본 논문에서는 CA 전기분해를 통해 생산되는 가성소다는 모두 CO2 탄산화반응을 위한 공정에 투입이 되고 발생되는 수소 및 염소는 고순도 염화수소, 고순도 수소 및 염소가스의 생산에 활용되는 것으로 가정하였다. 특히 고순도 염산의 경우 2013년 현재 국내 총 소비량이 연간 4,000톤규모임을 고려하여 고순도 염화수소의 생산을 위한 투자비등은 이에 맞추어 산정하였고, 이 이외에 발생되는 고순도 수소 및 염소 가스는 모두 외부에 판매하는 것으로 하였다.
  • 플랜트 수명기간 및 건설기간은 각각 20년(수명기간), 2년(건설기간)으로 설정하였다. 플랜트 폐지비용은 잠재가격과 청산가격을 같다고 가정하여 0으로 하였다. 전기분해공정 운전을 위한 운전비용 산출과 관련하여 산업용 전기비의 경우 2013년 한전에서 제시한 산업용 전력(을) 자료를 활용하여 평균 100원/kWh로 하였다(고압 A(3,300~ 66,000V) 기준(선택 ii): 기본요금(7,220원/kWh), 전력량요금(여름철 :114.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CO2 포집·저장 기술이란? 온실가스 저감을 위한 CO2 포집·저장 기술(CCS, carbon capture and storage)은 화력발전소와 같은 대규모 배출원에서 발생되는 CO2를 처리할 수 있는 기술로 현재 수 MW급 규모 이상의 대규모 성능 시험이전 세계적으로 진행 중에 있다[1-4]. 상기기술은대규모 CO2 배출원에서 다량의 CO2를 포집하여 해양 혹은 지중에 저장하기 때문에 온실가스 저감의 파급효과가 매우 높지만 국내와 같이 포집된 CO2의 저장을 위한 사이트가 아직 확보되지 않은 상태에서는 실증급 규모의 기술 적용에는 제한이 있다.
CO2 포집·저장 기술의 장점과 제한점은 무엇인가? 온실가스 저감을 위한 CO2 포집·저장 기술(CCS, carbon capture and storage)은 화력발전소와 같은 대규모 배출원에서 발생되는 CO2를 처리할 수 있는 기술로 현재 수 MW급 규모 이상의 대규모 성능 시험이전 세계적으로 진행 중에 있다[1-4]. 상기기술은대규모 CO2 배출원에서 다량의 CO2를 포집하여 해양 혹은 지중에 저장하기 때문에 온실가스 저감의 파급효과가 매우 높지만 국내와 같이 포집된 CO2의 저장을 위한 사이트가 아직 확보되지 않은 상태에서는 실증급 규모의 기술 적용에는 제한이 있다.
CO2 탄산광물화 전환기술의 장점은 무엇인가? 이에 최근에는 발전소에서 배출되는 CO2를 화학반응을 거쳐 다른 화합물로 전환하는 기술이 부각이 되고 있다. 그 중에서 CO2 탄산광물화 전환기술은 연소 배가스 중의 CO2를 광물 형성이 가능한 양이온과 반응하여 고정화하는 하는 기술로 배가스 중의 CO2를 안정적이고 영구적으로 저장할 수 있으며 지중 저장 시 문제가 될 수 있는 유출 등의 가능성이 없다는 장점이 있다.
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참고문헌 (23)

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  22. Oceana Analysis of Memorandum on the Cost Effectiveness of Mercury-free Technology in the Chlor-Alkali sector(2009). 

  23. Carbon market information, report(2013). 

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