지구온난화로 인한 기후위기가 심각한 가운데 국내 연구진이 온실가스인 이산화탄소 포집비용을 획기적으로 낮추는 기술을 개발해 화제다.
한국에너지기술연구원(이하 에너지연) 청정연료연구실 박종호 박사팀은 블루수소 생산의 핵심 기술인 이산화탄소 포집 소재와 공정을 개발, 포집비용을 획기적으로 낮추는데 성공했다고 7일 밝혔다.
저비용 고효율 블루수소 생산기술을 개발한 한국에너지기술연구원 청정연료연구실 연구팀. (오른쪽 위부터 시계방향)박종호 책임연구원, 윤형진 선임연구원, 장현성 학생연구원, 추고연 책임연구원, 이경원 학생연구원, 범희태 선임기술원). 한국에너지기술연구 블루수소는 액화천연가스(LNG) 등 화석연료를 개질해 그레이수소를 생산하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 만든 수소를 일컫는다.
수소가 청정에너지로 주목받고 있지만, 화석연료에서 추출한 그레이수소가 수소 총 생산량의 90% 이상을 차지하고, 그레이수소 1㎏ 생산하는데는 약 10㎏의 이산화탄소가 발생한다.
탄소중립을 위해서는 이산화탄소를 전혀 배출하지 않는 그린수소 생산 비율을 높여야 하지만 아직 경제성 부족한 실정이다.
때문에 가장 현실적인 대안은 그레이수소 생산 과정 중 발생하는 이산화탄소를 포집해 매장하거나 석유화학제품 원료로 활용하는 방식으로 대기 방출을 막는 블루수소 생산이 주목받고 있다.
국제에너지기구에 따르면 2050년 블루수소 공급량은 연 2억 톤에 이르고, 이를 통해 연 13억 톤의 이산화탄소 배출 저감 효과가 따를 전망이다.
연구팀은 기존 수소생산 공정에서 이산화탄소 포집을 위해 활용하던 흡착제의 낮은 성능과 배출가스 중 이산화탄소만 포집하는 선택도를 개선, 전체 공정의 효율을 올렸다.
새로 개발한 흡착제는 기존 대비 이산화탄소를 4.6배 이상 높은 선택도로 정밀하게 포집할 수 있다.
연구팀이 개발한 흡착제 성능. 한국에너지기술연구원 기존 이산화탄소 포집 공정에서 사용하는 흡착제는 흡착량이 많으면 배출가스 중 이산화탄소가 아닌 메탄을 더 많이 포집하거나, 이산화탄소에 대한 선택도가 높으면 흡착량이 낮아지는 단점이 있었다.
때문에 이산화탄소 포집 설비를 키워 포집량을 늘릴 수밖에 없어 운전비용이 상승하는 등 효율이 떨어졌다.
연구팀은 이를 극복하기 위해 표면 특성이 극성인 흡착제를 개발, 유효 흡착량 극대화를 위해 이산화탄소에 대한 결합력을 최적화했다.
이 흡착제는 무극성도가 매우 높은 메탄과의 인력을 최소화하는 동시에 이산화탄소에 대한 친화도는 유지하도록 설계된 것이 특징이다.
연구팀은 개발한 흡착제를 적용한 진공압력변동흡착(VPSA) 공정기술을 개발하고 연속 운전 수행을 통해 99% 순도 이산화탄소를 92% 회수율로 포집하는데 성공했다. 반면 기존 흡착제는 96%의 순도 이산화탄소를 67%만 회수할 수 있었다.
특히 이산화탄소를 분리하고 고순도로 회수하는데 필요한 전력 소비를 공정 모사를 통해 계산한 결과 1톤당 40㎾h/ton-CO2의 전력을 소모, 관련 선도 기업인 미국 에어프로덕츠사의 83㎾h/ton-CO2에 비해 전력 사용을 절반으로 줄였다.
박 박사는 “이번에 개발한 흡착제와 에너지연이 보유한 수소플랜트 설계기술과 공정개발 등 경험을 접목하면 연 100만 톤 규모 이산화탄소 포집과 1톤당 30달러 이하의 낮은 비용으로 블루수소 생산이 가능할 것”이라며 “선진 기술을 뛰어넘는 국산화로 블루수소 생산시장을 선도하고 장기적으로 2050 탄소중립에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
