화학연구원이 개발한 4단 재순환 막분리공정기술 개념도

C1가스는 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2) 등과 같이 분자 중 C(탄소)가 1개만 있는 기체를 말하며, 화학연구원은 여러 기체가 혼합되어 있는 물질 중에, 원하는 기체만 선택적으로 분리할 수 있는 분리막소재를 가지고, 추출 기체의 순도 및 회수율을 높이는 정제기술을 보유하고 있다.

바이오가스의 경우 실록산, 황화수소, 암모니아, 수분 등 불순물을 분리하고 메탄과 이산화탄소를 잘 정제하면 도시가스나 화학원료로 활용할 수 있는 자원이 된다. 천연가스도 메탄 외에 이산화탄소, 질소, 헬륨, 황화수소, 수분, 수은 등의 불순물이 포함돼 있어 이들을 반드시 정제해야 화학연료로 사용할 수 있다.

화학연구원이 개발한 4단 분리막 기술을 활용하면 바이오가스나 천연가스로부터 메탄을 회수율 98%, 순도 98%까지 생산할 수 있다. 또한 그동안 버려졌던 CO2도 95%이상의 고순도로 95%이상 동시에 회수할 수 있기 때문에 메탄올, 에탄올, 올레핀 등의 청정연료 및 화학제품으로 활용할 수 있다.

연구팀이 개발한 기술은 기존 경쟁기술인 흡수법, 흡착법과 비교했을 때, 플랜트 설치비가 저렴하고 운영이 간편하며 폐수가 발생되지 않아 환경친화적이다. 또한 분리막은 독일 및 프랑스, 일본 등의 경쟁 분리막 기술에 비해 가격이 낮으면서도 동급이상의 정제순도 및 회수율을 가지고 있어 플랜트 수입대체 및 수출 효과가 기대된다.

전세계 바이오가스 및 천연가스 정제 시장 규모는 6조원에 달하며 이중 막분리에 의한 기체분리기술시장은 6,000억원이다. 국내의 경우 바이오가스 및 천연가스로부터 메탄과 이산화탄소를 모두 정제하면 연 1조원의 경제적 효과를 기대할 수 있다.

화학연 김성수 원장은 “선진국만 보유하고 있던 막분리 정제 기술을 국내 독자 기술력으로 개발해 환경신기술로 검증 받았다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 파리 신기후협약에 따라 2030년까지 감축해야 하는 온실가스 저감에도 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편 4단 분리막 기술은 환경부 환경산업기술진흥원과 Non-CO2 사업단의 지원으로, 화학연이 총괄주관(그룹장: 김정훈 박사)을 맡고 시노펙스(주), 청해ENV(주) 등이 참여기관으로 분리막과 전처리기술을 공동 개발했다. (주)한국종합기술, 에어레인(주)이 참여기업으로 기술지원을 하였으며, 파주시의 협조아래 파주시 시설관리공단 음식물 혐기성 처리장에 분리막 실증플랜트를 설치하여 관련연구를 진행했다. 현재는 관련 기업들과 상업화가 추진 중이다.