Net-zero 달성을 위한 도심발전소 현장 배기가스 대상 컴팩트 CO₂ 포집 및 탄소자원화 융복합 공정 실증
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2021
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Korean
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68-68(1쪽)
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최근 정부가 한국판 그린뉴딜정책을 추구하는 시점에서 ‘저탄소’가 아닌 ‘탈탄소’를 달성하기 위해서는 중장기적으로 ’50년까지 ‘탄소배출 Net-Zero’를 목표로 이를 달성할 수 있는 확실한 기술 개발이 시급한 실정이다. 이러한 상황에서 기존 CCS공정은 발전소내 넓은 부지에 설치되어 연소배기가스내 CO<sub>2</sub>를 고온 고압조건에서 흡수제로 포집, 분리한 후 원거리 수송하고 이를 깊은 지반층 저장하는 것으로 고가의 처리비용(8~10만원/CO<sub>2</sub>톤)만이 소요되고 가스특성상 지반균열시 누출위험 존재하는 문제점을 가지고 있다. 특히 흡수제의 재사용을 위해재생탑에서 상당량의 스팀을 사용하기 때문에 이것이 발전효율에 큰 영향을 미치고 있다.
하지만 도심발전소는 공간이 협소하여 기존 CCS설비를 설치하기 매우 어려운 상황이기때문에 좁은 공간에서도 저렴한 비용으로 효과적인 CO<sub>2</sub> 포집분리를 하고 후처리로 이를 이용해 고가물질로 전환할 수 있는 새로운 컴팩트 포집 및 탄소자원화기술의 융복합 공정 개발과 실증이 필요한 상황이다.
그래서 본 연구에서는 도심에 위치한 LNG 열병합발전소와 연소배기가스에 대해 협소한공간(기존대비 1/8)에서도 설치가 가능하며 빠르고(기존대비 5배) 저렴한 비용(기존대비 1/2)으로 효과적인 처리가 가능한 컴팩트 분리막 공정을 적용하여 배기가스내 CO<sub>2</sub> 농도가 처리 전 8%에서 3단 처리 후 90%까지 농축되는 성공적인 결과를 확인하였다.
또한 농축된 배기가스(CO<sub>2</sub> 90%)에 대해 탄소자원화 기술인 광물화 공정(폐콘크리트 미분말 이용)을 통해 18%까지 저감(처리율 80%)시키는 결과를 얻었고 이때 반응을 통해 생성되는 칼슘분말의 고함량(30~60%)을 확인하였으며 이를 활용하여 건자재 몰탈 및 압축패널을 제작하여 양생한 결과 압축강도가 6kgf까지 측정되었는데 이는 기존 상용제품과 유사한 결과값으로 상용화 가능성을 확인할 수 있었다. (고칼슘재 : 30만원/톤, 건자재: 1.5만원/톤)
한편 광물화 공정 처리 후 배기가스와 분리막 처리 후 처리가스를 1 : 3 비율로 혼합하면 CO2농도가 5%정도를 유지되고 이를 미세조류 광배양공정으로 처리하면 광합성 반응을 통해 CO2를 고정화 하여 평균 30%정도 처리할 수 있으며 이때 배양된 미세조류인 헤마토코쿠스는 증식 및 유도단계와 같은 2단 배양공정을 통해 아스타잔틴 이라는 고가(3000달러/kg)의 천연 항산화물질을 생산할 수 있는데 이는 기존 미세조류 공정에서 생산되는 바이오디젤(1달러/kg)에 비해 수천 배 높은 수익을 얻을 수 있기 때문에 충분히 사업성이 있을 뿐만 아니라 최종적으로 배출되는 처리가스의CO2 농도는 1%이하로 맞출 수 있기에 최종목표인 Net-Zero에 근접한 결과를 얻을 수 있었다.
결론적으로 협소한 도심발전소에서도 컴팩트 분리막 공정을 통해 빠르고 효율적인 CO2포집분리와 이때 농축된 배가스를 활용한 탄소자원화 공정(광물화+미세조류)을 통해 처리하게 되면 고가의 수익성과 높은 CO<sub>2</sub>처리효율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
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