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~2016년 교육부 이야기/신기한 과학세계

CO2 잡는 기술? 이산화탄소 포집 및 저장 기술!

대한민국 교육부 2012. 9. 8. 09:00


2012년의 무더운 여름... 그리고 한밤중의 열대야 현상도 어느덧 수그러졌습니다. 지난달 지구온난화 대응 기술로 ‘이산화탄소를 잡는 기술’ 즉, CCS 기술에 대해 간략하게 소개드렸었는데요, 오늘은 CCS 기술이 어떠한 방식을 통해서 이산화탄소를 잡는 기술인가 소개해 드리고자합니다! ^^


* 이산화탄소 포집 및 저장 (Carbon Capture & Storage : CCS) 


CCS 기술은 화석연료 사용으로 인해 발전소, 철강, 시멘트 공장 등 대량발생원으로부터 이산화탄소를 포집한 후 압축 및 수송하는 과정을 거쳐 육상 또는 해양지중에 안전하게 저장하거나 유용물질로 전환하는 일련의 과정을 뜻합니다.

이산화탄소를 직접 효율적으로 줄일 수 있는 기술인 CCS는 포집기술, 수송기술, 저장기술, 그리고 전환기술로 크게 네 가지로 나누어 볼 수 있습니다.



[ CCS 기술 정의 개념도 ] © kcrc.re.kr


1. 이산화탄소 포집기술


이산화탄소포집기술은 전체 비용의 70~80%를 차지하는 핵심 기술로서, 크게 ‘연소 후 회수기술(post-combustion technology)', '연소 전 회수기술(pre-combustion technology)', 그리고 '순 산소 연소기술(oxy-fuel combustion technology)’로 구분됩니다.

 

연소 후 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 ‘연소 후 포집기술’은 기존 발생원에 적용하기 가장 쉬운 기술로 흡수∙흡착제, 분리막 등을 이용하여 이산화탄소를 흡∙탈착 하여 분리하는 방법입니다. 이 기술은 흡수제의 효능향상과 공정 개발 등에 초점이 맞추어져 개발되고 있습니다.


흡수제(absorbent): 이산화탄소를 흡수하는 데 쓰이는 것

흡착제(adsorbent): 흡수된 이산화탄소에 열을 가하고 털어주어 이산화탄소를 제거하는 데 쓰이는 것

분리막(Membrane): 2가지 이상의 물질을 막을 이용하여 통과시켜 걸러내는 것

흡착(adsorption): 기체나 용액의 분자들이 고체표면에 달라붙는 현상

탈착(desorption): 흡착한 성분이 흡착제로부터 떨어지는 현상

 

‘연소 전 회수기술’은 연소를 통해 이산화탄소가 발생하지 않도록 하는 공정기술로서, 화석연료의 부분산화나 천연가스 개질 및 수성가스 변위 반응 등을 통해 생성된 수소와 이산화탄소를 분리하여 수소를 생산하는 기술입니다.

 

‘순 산소 연소기술’은 공기 중의 산소와 질소를 분리하여 산소만을 연소기에 공급하고 화석연료를 연소시켜 고농도의 이산화탄소 배가스(설비, 시설물 등에서 배출되는 가스)를 얻은 후 회수하는 기술입니다. 

 

2. 이산화탄소 수송기술


이 기술은 포집한 이산화탄소를 격리 또는 저장하는 곳까지 수송하는 기술로 선박/철도/트럭 등을 이용하거나 육상/해상 파이프라인을 이용하여 수송됩니다. 보통 1,000km까지는 내륙 파이프 및 해양 파이프라인을 이용한 수송이 유리하며, 1,000~1,800km는 내륙의 파이프 수송이 1,800km가 넘어서게 되면 선박을 이용한 수송이 더 유리한 것으로 평가되고 있습니다. 

대부분의 수송기술이 이미 널리 사용되고 있는 운송방법이므로 별도의 기술개발보다는 실증 위주로 진행되고 있습니다.

 

3. 이산화탄소 저장기술

 

포집된 이산화탄소를 영구 또는 반영구적으로 격리하는 이산화탄소 저장기술지중저장, 해양저장, 지표저장 등으로 구분할 수 있습니다. 중저장단순 격리·저장하는 방법과, 저장과 동시에 재이용하는 방법으로 구분될 수 있는데 단순 격리·저장하는 방법은 폐유전 및 가스전, 대염수증(지하 800m 이상의 지하수층)등에 저장법 등이 있으며 재이용하는 방법에는 EOR(Enhanced Oil Recovery: 석유회수증진법) 방법ECBMR(Enhanced Coal Bed Methane Recovery: 석탄층 메탄회수증진법) 방법이 있습니다. 


EOR은 유전에 이산화탄소를 주입하여 얻은 압력으로 이산화탄소 격리와 함께 더 많은 원유를 채굴하는 방법이며, ECBMR은 석탄이 매장되어 있는 층에 이산화탄소를 주입하여 얻는 압력으로 탄층 내 메탄을 회수하며 동시에 이산화탄소를 격리하는 기술입니다.

 

해양저장 기술은 해양에 방출하는 방법으로 해저 3000m 이하에 분사함으로써 이산화탄소를 하이드레이트(水化) 형태로 저장시크는 방법으로 이러한 방법을 이용할 경우 향후 지구에서 발생하는 이산화탄소를 500년간 저장할 수 있을 것으로 기대되나, 생태계 문제와 해향의 산성화 등의 안정성 문제로 현재 국제법상 금지되어 있습니다.

 

지표저장법은 마그네슘이나 칼륨과 같은 이산화탄소를 첨가가능 광물에 반응시켜 화학적으로 저장하는 방법입니다. 하지만 이 방법은 느린 속도에 의한 과다한 처리비용과 완료 후 생성된 물질을 처리하는 비용 등 2차 문제가 발생하여 대부분 연구가 미비합니다.

 

저장기술은 이러한 해양, 지표저장의 문제로 인해 현재까지는 지중저장기술이 과학․기술적 측면에서 가장 효과적일 뿐만 아니라 경제․산업적인 측면에서도 가장 우수한 기술로 평가되고 있습니다.


[ 심부 지하 지층에서의 이산화탄소 저장에 대한 방안 ] © CO2CRC / kcrc.re.kr


4. 이산화탄소 전환기술


마지막으로 포집한 이산화탄소를 유용한 물질로 재사용하는 기술인 이산화탄소 전환기술 화학적 전환생물학적 전환으로 분류됩니다.

 

CO2를 화학적으로 전환시키는 방법은 대량의 CO2 전환에 의한 재이용의 개념으로 대량의 수요가 있는 고부가 생성물을 생산함으로써 Carbon-3R(Reduction, Reuse, Recycle) 기반의 저탄소 녹색성장기술 및 지속성장 가능한 기술적 특징을 가지고 있습니다.


미세조류를 이용하는 생물학적 전환 방법은 화학적 전환 방법과 달리 연소가스로부터 CO2를 분리하지 않고 직접 적용할 수 있으며 태양에너지를 주 에너지원으로 활용하므로 CO2 처리에 필요한 에너지 소모량이 적습니다. 이 방법은 초기 투자비용 및 운전비용이 적고 고부가가치의 물질을 부가적으로 생산한다는 경제적 장점은 산업적으로 큰 이익을 가져다 줄 수 있어서 차세대 유망기술로 떠오르고 있습니다. 


지금까지 CCS 기술에 대하여 정리해보았습니다. 아마 생소한 단어와 전문용어가 많아서 일정 부분에서는 받아들이기 어려우실 수 있었겠지만, 이번 계기를 통해 지구온난화를 줄이기 위해 이러한 기술도 존재한다는 것을 조금이나마 알려드리고 싶었습니다^^

 

이제 열대야도 물러가고, 조만간 여름에게도 손을 흔들 때가 다가왔습니다. 일교차가 크기 때문에 얇은 긴 옷 정도는 필수겠죠?^^ 독자분들 모두 건강 유의하세요~!


© zeroemissionsplatform.eu


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