[에너지신문] 문재인 대통령은 지난해 10월 18일 2030 온실가스 감축 목표 최종안으로 40% 감축 목표를 제시하고 이의 실천 의지를 천명한 바 있다.
이에 정부는 구체적 실행 방안으로 에너지 탄소 중립 13개 분야 197개 핵심기술 로드맵을 결정, 추진하고 있다. 그러나 이 대대적인 로드맵 기술에 포함되지 않은 것으로 ‘CO₂ 동결포집 처리(CCC, Crypgenic Carbon Capture) 기술’이 있다.
최근 에너지절약형 CCC 기술의 개발 및 국가 탄소 중립에 기여하기 위해 (주)HKC는 기업부설 기술연구소를 개원하고 저와 함께 CO₂ 동결포집 처리기술을 개발하고 있다. 본지를 통해 CCC 기술의 특징과 (주)HKC 보유기술을 소개하고자 한다.
현재 탄소포집저장(CCS) 기술
국내외 CCS(탄소포집 및 저장) 기술은 습식법, 건식법, 분리막법, 프라즈마법 등이 적용 혹은 개발 중이며, 그 중 대표적인 기술로 ‘아민을 이용하는 습식법’이 본격 보급되고 있다.
국내의 대표적인 적용 사례로는 중부의 국내외 발전소의 10MW 발전 배가스로부터 시간당 CO₂ 7.5T을 아민을 이용하는 습식법으로 포집, 액화하는 플랜트를 2021년 3월 준공한 바 있다.
그러나 아민 이용 습식, 건식 등은 배가스 중 CO₂ 기체의 분리 재생(Sorption-desorption)하는 공정의 소요 에너지가 대략 1Ton의 CO₂ 처리에 109J(Joule) 이상으로 크게 소요되는 문제가 있어 이의 개선 연구가 국내외에서 지속적으로 수행되고 있다.
또한 포집된 CO₂ 기체는 암모니아 냉동기를 이용해 –25℃, 23bar로 액화시키게 된다. 즉 모든 CCS 공정으로부터 포집된 CO₂ 기체는 액체화를 위해 고압의 액화설비가 필수로 함께 가설돼야 하는 것이다.
탄소 동결포집(CCC) 기술 개요
반면 CCC기술은 배가스 중 CO₂만을 고체로 포집하는 기술로 국내 기술개발은 수행된 바 없으며, 상기 팀이 보유하고 있는 기술로 ‘냉동기나 LNG냉열을 이용, 배가스 중 CO₂를 동결해 이를 소용기에 포집, 운송한 후 하나의 통합된 액화 플랜트에서 액화 처리’하는 기술이 있다.
즉 배가스 중 CO₂ 기체를 –162℃의 LNG냉열을 이용, 고체로 포집해 용기에 저장하고, 이 용기를 운송해 처리하는 기술로 포집과 액화가 분리된 기술인 것이다.
액화기술로는 고체 CO₂의 승화열 만을 이용해 액화하는 것으로 현재의 암모니아 냉동기가 필요없는 에너지절약형 액화기술이 된다.
이는 CO₂의 승화에너지를 이용해 압축된 CO₂기체를 액화하는 새로운 공정이다. 이의 국외 기술로는 미국 Chart Co./SES Co사에서 액체질소를 분사해 CO₂를 고체로 포집하는 기술이 개발돼 발전소에 적용되고 있으며, 2021년 6월 Chart사에서는 노르웨이의 TECO사와 선박용 기술개발을 착수한 바 있다. 그러나 이 방법은 –196℃의 액체질소를 지속적으로 소비하게 된다.
탄소 동결포집 기술의 특징
무엇보다 본 동결포집 공정의 CO₂포집 및 액화공정은 소요 에너지가 크게 절약되는 것이다.
미국 Chart Co./SES사에서 분석한 CO₂ 동결포집기술(CCC)의 습식 등 타 방법 대비 에너지 소요량을 비교한 것으로, 액체질소를 사용하는 CCC기술임에도 습식 대비 50%가 절감되는 것을 알 수 있다.
이 기술은 액체질소가 필요없는 LNG냉열이나 냉동기를 이용하는 것으로, LNG냉열을 이용할 경우 에너지 소요가 10%에 불과하며, 냉동기를 적용하면 상기 에너지의 70% 이상이 절감되는 에너지절약 CO₂ 포집 및 액화기술이다.
또한 이 기술은 CO₂ 포집공정과 액화공정이 분리되는 기술이다. 현재의 모든 CCS 기술이 포집과 액화 플랜트가 동시 가설돼야 해 시설 설치 공간과 비용의 소요가 커서 발전소와 같은 대규모 배출 공정에만 주로 적용되는 문제를 해결하게 된다.
즉 CCC기술은 냉동기의 용량을 다양하게 조절할 수 있어 다양한 중소규모 배출 산업체에서도 용이하게 CO₂를 포집하게 되는 범용성을 제공하게 되는 것이다.
만약 LNG선박 등에 현재의 CCS기술을 적용한다면 선박의 제한된 공간 내에 포집장치와 액화장치를 모두 가설해야 하며, 배가스로부터 포집 액화된 CO₂는 최소 10~23bar의 고압이 유지돼야 한다.
반면 이 LNG냉열이용 CCC 기술을 적용한다면 LNG냉열로 CO₂를 대기압 상태로 고체화하고 항구에서 용기를 하역 교체하게 된다. 이 포집된 용기는 운송해 육상의 통합 액화플랜트에서 액화처리하는 매우 효과적인 CO₂ 처리 방법이 되는 것이다.
결언
무릇 모든 기업이 개발하고자 하는 기술은 자체적으로 투자해 수행해야 할 것이나, 그 여력이 없거나 국가적으로 기여도가 큰 기술은 정부의 적극적인 기술 지원을 받아 기술개발이 이뤄지고 있다.
이 LNG냉열 혹은 냉동기 이용 CCC기술은 안타깝게도 정부 197개 CCS 핵심기술 로드맵에 포함되지 않아, 향후 수년간 기술지원 대상에 포함이 될 수 없어 국내 탄소중립에 기여할 수 없는 상황에 있다.
관련기관에서는 보다 개방적이고 폭넓은 그리고 지속적인 수요조사 등을 통해 새롭게 도출되는 기술들이 빠르게 개발돼 국내외 시장 진입 및 정부의 탄소중립에 기여할 수 있게 되길 기대한다.
