이산화탄소 포집 비용 절반으로 낮춰…블루수소 시장 확대 기대

이산화탄소 분리·농축 시스템을 살펴보고 있는 연구진. 한국에너지기술연구원

국내 연구진이 이산화탄소 포집 비용을 절반으로 낮추는 데 성공, 비용 절감에 따른 블루수소 분야 고속 성장이 기대되고 있다.

한국에너지기술연구원은 청정연료연구실 박종호 박사 연구진이 블루수소 생산의 핵심인 이산화탄소 포집 핵심 소재와 공정 기술을 개발, 포집 비용을 절반으로 낮추는 데 성공했다고 7일 밝혔다.

블루수소는 액화천연가스(LNG) 등의 화석연료를 개질해 수소를 생산하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술을 활용해 제거한 수소다.

연구진은 기존 수소 생산 공정에서 이산화탄소 포집에 활용하던 상용 흡착제의 낮은 흡착량과 배출가스 중 이산화탄소만 포집하는 선택도를 개선해 전체 공정의 효율을 높였다.

기존 상용 흡착제는 흡착량이 늘어나면 배출가스 중 이산화탄소가 아닌 메탄을 더 많이 포집하거나, 이산화탄소 선택도가 높으면 흡착량 자체가 낮아지는 단점이 있었다. 이로 인해 설비 자체를 키워 이산화탄소 포집량을 늘려야 하는 등 비효율성이 지적됐다.

이번에 개선된 공정대로라면 상용 흡착제보다 4.6배 이상 높은 선택도로 이산화탄소를 정밀 포집할 수 있는 것으로 나타났다.

연구진은 유효 흡착량을 극대화하기 위해 표면 특성이 극성인 흡착제를 개발, 이산화탄소에 대한 결합력을 최적화했다.

개발한 흡착제를 적용한 ‘진공 압력변동흡착(VPSA) 공정 기술’로 연속 운전을 진행해 99% 순도의 이산화탄소를 92%의 회수율로 포집하는 데 성공했다. 기존 흡착제는 96% 순도의 이산화탄소를 67%만 회수할 수 있었다.

특히 이산화탄소를 분리하고 고순도로 회수하는 데 필요한 전력 소비를 공정 모사로 계산한 결과 1톤당 40킬로와트시(kWh)로 확인됐다.

미국 선도 기업 에어프로덕츠사의 기술이 1톤당 83킬로와트시의 전력을 사용하는 점을 감안하면, 전력 사용량을 절반으로 줄이면서 전체 포집 비용도 함께 감축할 수 있게 됐다.

박종호 박사는 “이번에 개발한 흡착제와 연구원이 보유한 수소 플랜트 설계 기술, 공정 개발 경험을 접목하면 연 100만톤 규모의 이산화탄소 포집 실증 및 1톤당 30달러 이하의 낮은 포집 비용으로도 블루수소 생산이 가능할 것”이라고 말했다.

김재민 기자 jaemin@kukinews.com