초록 ▼

1세부과제: 고성능 일산화탄소 선택성 흡착제 및 분리공정기술 개발
Ⅱ 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
◎ 기술 배경
ㅇ CO 자원의 고부가화 및 효율적 활용을 위한 CO 분리 정제 기술 확보는 필수적임
ㅇ 일산화탄소(CO) 분리를 위해 대표적으로 활용되고 있는 심냉 분리법은 대용량 분리에 적용되고 있으며, 중소규모로 액상흡수법(COPURE 공정)과 흡착분리법(CO-VPSA 공정)이 활용되고 있음
ㅇ Kobe Steel사(일본)와 Pioneer Technology사(중국)에서 CO 흡착분리기

1세부과제: 고성능 일산화탄소 선택성 흡착제 및 분리공정기술 개발
Ⅱ 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
◎ 기술 배경
ㅇ CO 자원의 고부가화 및 효율적 활용을 위한 CO 분리 정제 기술 확보는 필수적임
ㅇ 일산화탄소(CO) 분리를 위해 대표적으로 활용되고 있는 심냉 분리법은 대용량 분리에 적용되고 있으며, 중소규모로 액상흡수법(COPURE 공정)과 흡착분리법(CO-VPSA 공정)이 활용되고 있음
ㅇ Kobe Steel사(일본)와 Pioneer Technology사(중국)에서 CO 흡착분리기술을 상용화 하였고, RIST에서는 CO 회수 활용을 위하여 Bench규모 흡수 및 흡착기술 연구 수행한 바 있으나 아직 국산화된 독자 기술은 없음
ㅇ CO 흡착분리용으로 상용화되어 있는 CO 선택성 흡착제는 알루미나, 제올라이트, 활성탄을 기질로 하여 전이금속을 부착시킨 재료로서 저압 영역에서 큰 흡착량을 나타내므로 60℃ 이상에서 VPSA(vacuum pressure swing adsorption) 공정이 적용되고 있음

◎ 기술 개발의 필요성
ㅇ CO 생산원이 다양화됨에 따라 향후 중규모 CO 농축 및 정제기술 증가가 예상되며, 중소규모에서는 흡착분리기술이 경제적 우위에 있음
ㅇ 기존 상용흡착제는 단위 흡착제당 CO 흡착량이 적고, CO 선택도가 낮기 때문에 분리성능과 생산성을 높일 수 있는 새로운 흡착제 개발이 필수적임
ㅇ CO 흡착분리공정에서 구성 단계(step)의 연계성을 높이고, 이때 각 단계에서 배출되는 가스을 효율적으로 활용함으로써 CO 제품의 순도뿐만 아니라 회수율을 극대화할 수 있는 공정 구성이 필요함
ㅇ 장치비와 운전비용을 낮추면서 또한 운전 안정성 향상을 위해서는 진공 운전을 최대한 배제하고, 최적 흡착탑 설계를 통한 고효율 CO-PSA 공정 개발이 요구됨

◎ 본 기술의 적용 가능 분야
ㅇ 스팀리포밍가스, POX/ATR 가스, 제철소 COG/BFG/LDG 가스, 석탄/바이오매스/MSW가스화반응 가스, 메탄올 퍼지가스, 석유화학공정 부생가스 등 다양한 CO 발생원으로부터 CO 분리 정제 및 회수를 통한 자원의 효율적 활용 및 고부가화
ㅇ C1 Chemistry의 출발물질인 합성가스의 H₂/CO 비율 조절 기술로 활용
ㅇ CO의 주요 용도: 아세트산, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 포름산, 아크릴산, 포스겐, Fisher-Tropsch 반응, 다양한 의약품 등의 제조 원료

2세부과제: 탄소배출이 없는 암모니아 생산 기술 개발
Ⅱ 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
◈ 배경 및 필요성
• 화석 연료 고갈 대비 및 기후변화에 따른 온실가스 감축에 대응하기 위해서는 신재생에너지의 활용률을 높여야 함. 신재생에너지는 지역적 편재성과 시간적 단속성이 있어 반드시 에너지 저장 시스템(ESS)이 필요함. 현재의 ESS는 저장 용량에 한계가 있어 화학적 저장 방법에 관한 많은 연구 개발이 이뤄지고 있으며, 수소보다 저장 및 이송이 용이한 암모니아(상온 10기압, 액체)가 신재생에너지의 케리어로서 많은 관심을 받고 있음.
• 신재생에너지 케리어로서 암모니아를 활용하기 위해서는 물/질소를 원료로 탄소 배출 없이 저에너지 저비용으로 합성할 수 있는 전기화학적 합성법 개발을 이뤄야함.
- 현재 암모니아는 하버-보슈 공정을 통해 2012년 기준 연간 2억톤을 생산/소비하고 있으며,암모니아 생산은 증가 추세에 있음. 세계 2번째로 많은 에너지 (평균 32GJ/ton NH₃)를 소비하는 공정으로, 천연가스/석탄을 원료로 수소를 생산하기 때문에 다량의 CO₂ (2.16kg CO₂/kg NH₃) 배출함
- 기존 공정의 단점을 해결하기 위하여 저에너지 저비용으로 온실가스 배출 없이 암모니아를 합성하는 기술 개발이 시급함
- 물/질소를 원료로 자연에너지에서 생산된 전기를 사용하여 암모니아를 합성하면 자연에너지의 저장 및 케리어 역할을 할 수 있음. 자연에너지의 단속성 및 편재성 문제 해결할 수 있음.
- 또한, 암모니아는 17.6wt% H₂로 수소의 저장체임. (US DOE 최종 수소 저장 목표치 상회함)

◈ 국내외 기술 개발 현황 (대표 연구)
• 일본(NEDO, METI), 미국(Los Alamos, Sandia, Stanford, CoorsTek, Cermatec Inc, Proton onsite) 유럽(U of Oxford,STFC, SIEMENS UK) 등에서 전기화학적 암모니아 합성 연구 개발을 수행하고 있음
• 대표 산학연 과제로 일본 METI-NEDO는 10년간(‘13.7∼’23.6) 연간 10 milion USD의 Energy carrier project 착수. 자연에너지를 이용한 암모니아 합성, 암모니아 터빈, 암모니아 연료전지 연구 개발 중임(2022년 2 ton NH3/day plant 개발) (sun belt & windy area 에너지를 산업화된 국가로 이송).
• U of Oxford, STFC, SIEMENS UK 산학연 과제로 암모니아 생산·분해·활용으로 과제 진행 중임

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 3목차 ... 5I 고성능 일산화탄소 선택성 흡착제 및 분리공정기술 개발 ... 7 목차 ... 9 Ⅰ 일반현황 ... 11 Ⅱ 과제의 목표 및 내용 ... 12 Ⅲ 추진 전략 ... 15 Ⅳ 추진 실적 ... 18 Ⅴ 향후 계획 ... 41II 탄소배출이 없는 암모니아 생산 기술 개발 ... 43 목차 ... 45 Ⅰ 일반현황 ... 47 Ⅱ 과제의 목표 및 내용 ... 48 Ⅲ 추진 전략 ... 50 Ⅳ 추진 실적 ... 53 Ⅴ 향후 계획 ... 71끝페이지 ... 72