에너지신산업의 토대, 10대 전력기술⑧
[에너지신문] 한전은 에너지신산업의 상용화와 수출사업화를 적극 추진하고 있다. 이를 위해 한전 산하 연구기관인 전력연구원은 에너지신산업에 적용되는 10대 전력기술 개발에 주력하고 있으며, 그 성과물이 속속 모습을 드러내고 있다. 본지는 한전 전력연구원과 공동으로 10주간 10대 전력기술을 소개하는 코너를 마련했다.
①에너지저장기술 ②마이크로그리드기술 ③초전도기술 ④해상풍력기술 ⑤신송전기술(HVDC) ⑥스마트그리드기술 ⑦청정화력기술 ⑧CO2 회수, 이용, 저장(CCUS)기술 ⑨전력신소재기술 ⑩ICT융복합기술
이산화탄소 활용기술(CCU, Carbon Capture & Utilization)은 화력발전소, 시멘트 및 석유화학공장 등과 같은 대규모 배출원에서 발생되는 온실가스를 산업적인 용도로 직접 이용하거나 고부가가치 제품으로 전환, 활용하는 기술이다.
이 기술은 기존의 이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS, CO2 Capture & Storage)과 비교해 처리 할 수 있는 이산화탄소의 양은 적지만 이산화탄소 활용에 따른 경제적 이익창출과 온실가스 감축의 두 가지 목표 달성이 가능한 장점으로 최근 에너지 신산업 측면에서 많은 주목을 받고 있다.
◆산업적 활용 기대
이산화탄소는 다른 물질과 비교해 열역학적으로 매우 안정한 물질이기 때문에 이를 산업적으로 유용한 물질로 전환하기 위해서는 추가의 에너지 공급과 별도의 공정이 필요하다. 이러한 문제점들로 인해 기술이 가지는 가치에도 불구하고 이산화탄소 활용기술은 그동안 상용화 사례가 많지 않았다.
그러나 최근 온실가스 저감을 위한 다양한 기술적 방안이 요구되는 가운데 종래 CCS 기술이 포집, 수송 및 저장 등 일련의 공정이 필요한 반면 이산화탄소 활용 기술은 산업현장에서 발생되는 이산화탄소의 직접 활용이 가능하므로 산업적으로 활용성이 높은 것으로 평가되고 있다.
또한 우리나라와 같이 포집된 이산화탄소의 격리를 위한 대규모 저장소 확보에 어려움이 있는 상황에서 기존 이산화탄소 포집 및 저장기술의 기술적 대안이 될 수 있을 것으로 기대된다.
이와 관련, 최근의 이산화탄소 활용기술은 타 분야 다양한 기술과의 융합 및 촉매, 나노 기술 등과 연계된 기술개발을 통해 기술 상용화에 근접한 다양한 사례가 국제적으로 보고되고 있다.
중요 상업화 사례로는 이산화탄소를 활용한 고분자 합성, 합성가스, 메탄 및 메탄올들의 연료 생산, 콘크리트 등의 건축자재 생산 등 매우 다양하며 실제로 미국에서는 시멘트 공장에서 발생되는 이산화탄소를 주요 원료로 활용하는 화학플랜트가 상업운전 중에 있다.
◆글로벌 CCU산업 동향은?
미국의 Skyonic사는 2010년부터 미국 에너지부(DOE)의 지원을 받아 이산화탄소 활용기술을 개발 중에 있다.
2014년 미국 텍사스 주에 위치한 시멘트 공장(Capitol Aggregate)에서 발생되는 연간 약 8만톤 규모의 이산화탄소를 활용해 중탄산소다, 수소 및 염소 등을 생산할 수 있는 플랜트를 구축했으며 2016년 현재 상업운전 중에 있다.
또한 미국의 Calera사는 샌프란시스코 주의 모스랜딩 발전소에 발생되는 배가스를 이용, 콘크리트 및 시멘트 원료를 생산하는 기술을 개발 중에 있으며 실제로 이산화탄소를 활용해 제조된 콘크리트에 대한 고객 테스트를 진행 중이다.
아이슬란드에서는 연간 1800톤 규모의 이산화탄소를 활용, 1300톤 규모의 메탄올을 생산할 수 있는 플랜트를 2012년부터 운전 중에 있다.
◆한전이 진행하는 기술개발 현황
현재 한전을 중심으로 하는 전력그룹사는 이산화탄소를 활용한 탄소 자원화기술에 대한 중요성이 증대됨에 따라 2013년 이후 관련 기술개발을 위해 많은 투자를 하고 있다.
이중 한전이 진행 중인 이산화탄소 활용기술로는 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 활용한 고부가화합물 생산기술과 산업체에서 발생하는 부산물과 이산화탄소를 활용한 탄산칼슘 제조기술 등을 들 수 있다.
이산화탄소를 활용한 고부가화합물 생산기술은 이산화탄소 탄산화 공정과 염수 전기분해 공정을 결합, 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 별도의 포집설비 없이 바로 중탄산소다 등의 화합물로 전환시키는 기술이다.
이를 위해 한전 전력연구원에서는 자체 개발한 고효율 이산화탄소 탄산화공정 및 저에너지형 염수 전기분해 기술을 바탕으로 일일 10kg의 이산화탄소를 포집, 20kg의 중탄산소다를 생산할 수 있는 공정에 대한 성능시험을 완료했다.
또한 이러한 성과를 바탕으로 지난 8월부터 일일 200kg의 이산화탄소 처리를 통해 연간 약 150톤 규모의 중탄산소다를 생산할 수 있는 이산화탄소 활용 고부가화합물 생산기술 개발에 착수했다.