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[국내논문] CCU 기술개발 국내외 기술동향
Current status of CCU technology development 원문보기

KEPCO Journal on electric power and energy, v.2 no.4, 2016년, pp.517 - 523  

심재구 (한국전력공사 전력연구원)

초록
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'15년 12월 유엔기후변화협약 당사국총회(COP21)의 "파리 협정"을 통해 신기후체제가 출범되었다. 본 협정의 핵심은 지구 평균기온 상승을 산업화 이전 대비 $2^{\circ}C$ 목표를 넘어, $1.5^{\circ}C$로 제한하기 위한 노력에 합의 되었다는 데 있으며 이에 따라 우리나라에서도 온실가스 감출을 위한 대책 마련이 시급한 상황이다. IEA 에너지기술전망에 따르면 '12년 기준 전세계 $CO_2$ 배출량의 2/3가 에너지 분야에서 발생하여 청정에너지기술 개발이 핵심이며, 단기적으로 에너지원 대체, 에너지효율개선 기술 도입이 최선, 장기적으로는 CCS(Carbon Capture & Storage) 등의 기술도입이 필수적인 상황이다. 이와 함께 최근에는 온실가스 저감을 위한 방안으로 $CO_2$ 활용(CCU, Carbon Capture & Utilization) 기술개발도 부각 되고 있다. CCU 기술은 우리나라와 같이 포집된 $CO_2$의 저장을 위한 EOR 사업이나 대규모 저장소 확보에 어려움이 있는 상황에서 종래 CCS의 기술적 대안이 될 수 있다. 뿐만 아니라 CCU 기술은 $CO_2$ 전환 물질의 산업적 활용을 통해 종래 제기된 고비용의 $CO_2$ 저감 비용을 줄일 수 있다. 이에 국제적으로 다수의 $CO_2$ 활용기술이 상업생산을 위한 실증단계에 진입하고 있으며, 국내에서도 $CO_2$ 자원화/광물화를 포함한 다양한 $CO_2$ 활용기술의 개발 및 사업화 노력이 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

South Korea is the 8th biggest greenhouse gas emitter in the world due to its phenomenal economic growth based on manufacturing, and it is ranked first among OECD members for the rate of increase in emissions. Thus, the Korea government has voluntarily presented a reduction target and demonstrated g...

Keyword

#Carbon dioxide   #Capture   #Utilization   #CCS   #CCU  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 국내외 학계 및 연구기관을 중심으로 종래 문제가 되었던 낮은 CO2 전환효율과 적은 CO2 활용성 문제를 타개할 수 있는 기술개발이 많이 진행되고 있다. 관련하여 본 논문에서는 국내외에서 진행 중인 주요 CO2 활용기술에 대한 기술개요와 국내외에서 진행 중인 다양한 CO2 활용기술 중 광물화 기술을 중심으로 주요 현황을 소개하고자 한다.
  • 이 기술은 다양한 기관에서 LCA(Life Cycle Analysis, 전생애 주기 분석) 방법을 통해 잠재 CO2 저감량이 높은 것으로 평가되고 있으며 [4] 이에 따라 외국의 주요 개발사도 광물화 기술의 상업화에 많은 연구를 하고 있다. 관련하여 다음 장에서는 광물화 기술의 개요에 대하여 제시하고 현재 국내외에서 진행 중인 기술개발 현황에 대하여 소개하고자 한다.
  • 한국과학기술연구원(KIST)에서도 저 전력소비의 NaCl 전기분해 시스템에 의해 저가의 염산 및 중탄산소다를 활용하여 Ca 함유 폐시멘트 등의 폐자원으로부터 고가의 탄산칼슘을 제조할 수 있는 핵심기술 및 공정을 개발 중에 있다. 본 기술을 통해 공정 내에 발생되는 폐기물이 없는 순환형 환경기술 구현 및 고가의 경질급(precipitated calcium carbonate) 이상의 탄산칼슘 제조를 통한 경제성 확보를 목표로 하고 있다.
  • 이 기술은 저가의 소금을 전기분해하여 얻어진 가성소다와 화력발전소에서 발생되는 다량의 CO2를 반응시켜 산업적으로 활용도가 높은 중탄산소다(NaHCO3) 및 차아염소산나트륨(NaOCl) 등을 생산하는 것을 특징으로 한다. 공정의 구성은 크게 염수의 전기분해를 통한 수소, 염소 및 가성소다 생산 공정(이하 염수 전기 분해 공정)과 화력발전소에서 발생되는 CO2와 가성소다 간 반응을 통한 중탄산소다 생산공정(이하 CO2 탄산화 공정)으로 나누어볼 수 있다.
  • 본 CO2 광물화 기술은, 광물화 반응공정의 전기분해공정 에너지 사용량 저감을 위해 고효율 전기분해시스템을 이용하고 탄산칼슘 생산을 위한 CO2 탄산화반응 속도를 향상시키기 위해 탄산무수화 효소(CA, Carbonic Anhydrase)를 이용하는 것을 특징으로 한다.
  • 그리고 시멘트를 주로 생산하는 성신양회(주)는 산업부 지원으로 고순도 PCC 및액화탄산 생산용 공정을 개발하고 있다. 시멘트 생산 공정에서 발생하는 CO2를 포집하여 고순도 PCC와 액화탄산을 생산하는 기술로 10 tonCO2/day 규모 공정 개발을 목표로 2015년도 연구에 착수하였다. PCC는 순도에 따라 30 ~ 150만원/톤으로 고급제지, 충진제, 도료, 코팅, 플라스틱 제조 등 다양한 수요가 있으며, 국내 수요는 연간 4만톤에 달한다 [10].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CCS 기술이란? 이에 최근에는 상기 CCS 기술과 함께 온실가스 저감을 위한 방안으로 CO2 활용(CCU, Carbon Capture & Utilization) 기술개발에 대한 중요성도 부각되고 있다. 다량의 CO2를 포집하여 지중이나 해양에 안전하게 저장하는 CCS 기술과 달리, CO2 활용기술은 다양한 물질의 다품종 소량 생산기술에 적합한 기술로 평가되고 있는데, 현재까지 제시된 다양한 CO2 활용기술을 모두 적용시 연간 약 37억톤에 해당되는 CO2를 감축할 수 있을 것으로 기대되고 있으며 이는 전체 CO2 총 배출량의 약 10%에 해당된다 [2].
CCU 기술의 장점은? CCS 기술과 비교하여 CCU 기술의 특징은 종래 CCS 기술이 CO2 저감을 위한 포집공정과 이의 처리를 위한 수송, 압축 및 저장 공정 등이 필요한 반면 CCU 기술은 연소 배가스 중의 CO2를 산업적인 용도로 직접 활용하기 때문에 CCS 실증에서와 같은 저장을 위한 일련의 공정(압축, 이송 및 저장)이 불필요하다는 점이다 [그림 2 참조]. 또한 일부 CO2 활용기술(전기분해 공정 연계 광물화 기술)은 CO2 포집 공정 없이 발전소의 배가스(CO2 농도 10~20% 수준)를 그대로 사용할 수 있어 이 경우 CCS 기술 대비 공정 규모가 크게 줄어드는 장점이 있다.
100MW급 이상 대규모 CCS 실증이 전문기관에서 예측한 일정보다 늦어지고 있는 이유는? IEA 에너지기술전망에 따르면 ‘12년 기준 전세계 CO2 배출량의 2/3가 에너지 분야에서 발생하여 청정 에너지기술 개발이 핵심이며, 단기적으로 에너지원 대체, 에너지 효율개선 기술 도입이 최선, 장기적으로는 대규모 CCS(Carbon Capture & Storage) 실증이 필요한 상황이다 [1]. 그러나 대규모 CCS 기술의 경우 플랜트 운영을 위한 많은 투자비 및 운영비 증가에 따른 발전단가 상승, CO2 저장소의 장기 안정성 등 다양한 문제 등으로 인해 현재 100MW급 이상 대규모 실증이 당초 전문기관에서 예측한 일정 대비 다소 늦어지고 있는 상황이다.
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참고문헌 (12)

  1. IEA, Energy Technology Perspectives, 2012 

  2. Aresta M. (2009), "1. Carbon Dioxide: Utilization Options to Reduce its Accumulation in the Atmosphere", Carbon Dioxide as Chemical Feedstock, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 

  3. DNV(Det Norske Veritas), Carbon Dioxide Utilisation, 2011 

  4. " $CO_2$ Utilization Options Task Force Phase 1 Report", Carbon sequestration leadership forum technical report, 2012 

  5. Plasynski S.I., Darin Damiani D. (2008), "Carbon Sequestration Through Enhanced Oil Recovery", US DoE, National Energy Technology Laboratory 

  6. Global CCS Institute, Accelerating the Uptake of CCS: Industrial Use of Captured Carbon Dioxide, March, (2011). 

  7. http://skyonic.com/skymine 

  8. Zaelke et al. Scientific Synthesis of the Calera Sequestration of Carbon, 2011 

  9. http://www.twence.nl/en/actueel/Dossiers/DossierBicarbonate/120411Producingsodiumbicarbonate.docx/ 

  10. Ji Hyun Lee et al., "Development Status of CO2 Utilization Technology", 공업화학과 전망, 1월호, 2014 

  11. Ji Hyun Lee et al., "이산화탄소를 활용한 고부가화합물 제조기술의 경제성 평가연구", 화학공학, 2014 

  12. "한전 전력연구원, 이산화탄소 해양저장기술 확보", 에너지경제신문, 2015 

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