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인류는 문명 발전을 위해 손쉽게 얻을 수 있는 화석연료를 무분별하게 소비했습니다. 평행과 안정을 유지하고 있었던 지구의 기후는 인류의 대량 에너지 소비로 인해 그 균형을 잃고 말았는데요. 그 결과 지구 밖으로 방출되는 복사열이 감소해 지구온난화가 진행되고 말았습니다.

 

 

ⓒ클립아트

 

 

태양에서 지구로 오는 빛 에너지 중 약 34%는 구름이나 먼지 등에 의해 반사됩니다. 지표면에는 빛 에너지의 44% 정도만 도달하는데요. 지구는 이렇게 도달한 태양 에너지 중 일부를 적외선 형태로 방출합니다. 하지만 온실가스가 적외선 파장의 일부를 흡수함에 따라 온실가스 내의 분자는 에너지가 높아지고 안정 상태로 돌아가기 위해 방출하는 에너지가 지구의 온도를 높이게 됩니다.

 

그렇다면 온실가스는 어떤 기체를 말하는 걸까요? 지구온난화의 규제 및 방지를 위한 국제 기후변화협약 ‘교토 의정서’에 따르면, 6대 온실가스이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCS), 과불화탄소(PFCS), 육불화황(SF6)입니다. 그중 이산화탄소는 전체 배출량의 80%를 차지하고 있어 지구온난화 주범으로 불리고 있죠.

 

현재는 전 세계 모든 나라가 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 신재생 에너지 발전 비율을 높이고 탄소 배출권 거래제를 도입하는 등의 활동이 대표적인 예입니다.

 

 


 

이산화탄소를 흡수해서 새로 쓰자!!

 

지금까지 과학자들은 배출되는 이산화탄소의 양을 줄이기 위해 연구해왔는데요. 최근에는 ‘배출되는 이산화탄소를 재활용하면 어떨까?’라는 생각이 대세라고 해요. 이런 궁리 끝에 탄생한 기술이 바로 CCS(Carbon Capture and Storage, 이산화탄소 포집 및 저장)와 CCU(Carbon Capture and Utilization, 이산화탄소 포집 및 활용)랍니다. 어떤 기술인지 궁금하시죠?

 

CCS 기술 개요도 ⓒ(재)한국이산화탄소포집및처리연구개발센터 홈페이지 http://kcrc.re.kr/

 

 

이산화탄소 포집(捕執) 기술이란 말 그대로 배출되는 이산화탄소를 분리해 잡아 모으는 기술이랍니다. 그 방법은 크게 연소 후 포집기술(Post-combustion technology), 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology), 그리고 산소 연소기술(연소 중 포집기술, Oxy-fuel combustion technology)의 3가지로 구분할 수 있죠.

 

‘연소 후 포집기술’은 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환한 후 이산화탄소를 포집하는 동시에 수소를 생산하는 기술입니다. 흡수제를 이용해 연소 후 배기가스에 포함된 이산화탄소를 흡‧탈착하여 분리하는건데요. 기존 발생원에 적용하기 가장 용이한 기술이기도 합니다. 공장 굴뚝 등 이산화탄소가 빠져나가는 장소에 설치하면 대기 중으로 빠져나가기 전에 붙잡아 분리할 수 있거든요. 

 

‘연소 전 포집기술’은 석탄의 가스화 또는 천연가스의 개질반응을 통해 합성가스를 생산하는 방식입니다. 석탄의 가스화 또는 천연가스의 개질반응에 의한 합성가스, 주로 CO, CO2, H2를 생산한 후 수성가스이전반응을 활용하는거죠. 고농도의 이산 화탄소를 고압(20~60 atm)에서 포집하고 저압에서 회수하기 때문에 이산화탄소 분리 시 에너지 소비가 낮은데요. 그만큼 이산화탄소 분리 비용을 크게 줄일 수 있다는 장점이 있어요.

 

마지막으로 ‘순산소 연소 포집기술’은 공기를 대신해 순산소를 산화제로 이용하는 연소방식이에요. 질소 성분을 미리 배제한 순도 95% 이상의 산소와 재순환된 배기가스를 사용해 미분탄을 연소시켜 CO2와 물이 대부분을 차지하는 배기가스를 생성하는데요. 이후 물을 응축하고 나면 고농도의 CO2를 포집할 수 있게 되죠!

 

이렇게 전반적으로 포집 기술에 대해 알아보았는데요. 대기 중의 이산화탄소를 활용할 수도 있고 배출원에서 대기 중으로 나가지 못하게 막을 수도 있어 환경에 큰 도움이 되겠네요. 그렇다면 포집된 이산화탄소를 수송하고 저장하는 방법도 중요하겠죠?

 

 


이산화탄소, 이렇게 수송하고 저장한다

 

수송은 이미 상용화된 운송 기술을 응용하여 실증 위주로 진행 중이랍니다. 1000km 이내의 거리는 내륙 파이브 및 해양 파이프라인, 1000~1800km는 내륙 파이프 수송, 그리고 그 이상은 선박으로 수송하고 있다고 해요.

 

이산화탄소 지중 저장 기술 개요도 ⓒ(재)한국이산화탄소포집및처리연구개발센터 홈페이지 http://kcrc.re.kr/

 

 

다음으로는 이산화탄소를 저장해야 하는데요. 해양저장법, 지중저장법, 지표저장법 등이 대표적이랍니다. 해양저장이란 이산화탄소를 해저 3000m 이하 깊이에 분사하여 저장하는 방법입니다. 이산화탄소를 하이드레이트 형태로 변환해 저장하는 방법이며 오랜 기간 저장할 수 있는 게 장점이라고 해요.

 

지중저장법은 대염수층저장, 폐유전/가스전 저장, 석유증진추출, 석탄층 저장이 있는데요. 간단하게 말하자면 석유 및 천연가스를 채취하고 남은 땅속 웅덩이에 저장하는 기술입니다. 지표저장법은 마그네슘이나 칼륨처럼 이산화탄소를 첨가 가능한 광물에 반응시켜 화학적으로 저장하는 방법이에요. 가장 효과적인 저장 기술로 평가받지만, 아직 상용화되지 않았답니다.

 

이산화탄소 활용 고부가화합물 생산 개념도 ⓒ책 '전력기술의 미래전망' 155p (전력연구원 출판)

 

이렇게 이산화탄소 저장하는 기술까지 알아보았는데요. 이산화탄소를 활용해 고부가화합물을 생산해내는 방법도 연구 중에 있어요. 이산화탄소를 개미산으로 만들어 의약품으로 활용하거나, 비닐하우스에 이산화탄소를 주입하여 작물 생산량을 증대시키는 방법 말이에요. 혹은 베이킹파우더를 생산하거나 이산화탄소 포집물을 시멘트로 대체하여 건설 소재에 사용하는 방법도 있고요.

 

저장 기술을 넘어서 활용 기술까지 이렇게나 다양하다니. 지구온난화를 해결하기 위해 세계의 과학자들이 참 많은 노력을 하고 있죠? 과연 우리나라에서는 어떤 노력을 하고 있을까요?

 


 

전력연구원, 국내 최대 규모 CO2 포집플랜트, 장기 테스트 시작

 

충남 보령화력본부 ⓒ전력연구원 보도자료

 

한국환경공단은 지구온난화에 대비하기 위해 2010년부터 온실가스‧에너지 목표관리제를 시행하고 있습니다. 2020년까지 국가 온실가스 배출전망치(BAU) 대비 37%를 줄이기 위함인데요. 이 목표를 달성하기 위해서는 화력발전소에 대한 관리가 필수입니다. 국내 온실가스 배출량의 약 40%는 화력발전소에서 배출되고 있거든요.

 

그래서 전력연구원은 한국중부발전과 공동으로 연구를 진행하고 있습니다. 바로 충남 보령화력본부에 설치된 ‘10MW급 습식 이산화탄소 포집 실증 프랜트’의 10,000시간 장기연속운전에 국내 최초로 착수한건데요. 이 설비는 이산화탄소를 연간 7만톤 이상 포집할 수 있는 규모라고 해요. 전력연구원이 독자 개발한 습식 흡수제와 에너지 저소비형 공정을 적용한 덕에 세계 최고 수준의 성능을 가지게 됐답니다.

 

2017년에는 10MW 이상의 대형 설비로는 세계에서 5번째로 5,000시간 연속운전에 성공했다는데요. 이번 장기 연속운전은 1년간 화력발전소의 주기적 계획정비 기간 동안 고장 없이 운영할 수 있어 실제 발전소에 적용할 수 있는 수준이라 합니다. 그뿐만 아니라 이산화탄소 포집 분야에서 국내 최고 기록을 달성한다고 하네요. 전력연구원은 해당 결과를 바탕으로 150MW급 대형 이산화탄소 포집플랜트 설계를 진행할 예정이에요.

 


 

ⓒ클립아트

 

 

이산화탄소 포집·저장분야의 시장규모는 꾸준히 증가하고 있어요. 2016년 세계시장 규모는 22.5억불 수준이었는데요. 시장조사기관 스트래티스틱스MRC(Stratistics MRC)에 다르면 그 규모가 연평균 10.9%씩 성장하여 2022년께는 약 42.1억불에 도달하리라 전망되고 있어요. 국제에너지기구는 이산화탄소 포집·저장 플랜트 수요가 2020년에는 100개에서, 2050년에는 3,400개로 확대되리라 예측하고 있고요. 배출권 거래 가격 또는 탄소가격이 상승하리라 예상되어 시장의 활성화가 전망된다는군요.

 

이처럼 사업 전망이 밝은 분야인 이산화탄소 포집·저장기술! 한국전력이 꾸준히 연구하여 미래 세계 시장을 선도하길 희망합니다. 

 

 

 

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