▲ ▲연소 전 이산화탄소 포집 시스템 공정도. ▲연소 전 이산화탄소 포집 시스템 공정도

석탄화력발전에서 나오는 이산화탄소(CO₂)를 원천적으로 제거하는 동시에 미래 청정에너지인 수소(H₂)를 대량 생산할 수 있는 세계 최고 수준의 기술이 국내에서 개발됐다.

한국에너지기술연구원(황주호 원장)은 ‘분리막을 이용한 이산화탄소 포집 통합 공정 기술’을 개발, 실증을 통해 이와 같은 기술을 확보하게 됐다고 지난달 31일 밝혔다. 이번 기술은 지식경제부와 에너지기술평가원이 지원한 ‘에너지·자원융합원천기술개발사업의 중대형 전략과제’를 통해 개발된 것으로 (주)효성에바라엔지니어링, (주)주성엔지니어링 등이 참여했다.

석탄가스화복합발전(IGCC)에 적용되는 이 공정은 가스화기에서 배출된 수소와 일산화탄소로 이뤄진 합성가스를 이산화탄소와 수소로 전환하고 분리막을 통해 선택적으로 수소를 분리하는 동시에 이산화탄소를 포집한다. 수소는 저장돼 연료전지 발전이나 수송용으로 활용될 수 있으며 이산화탄소는 다양한 기술을 통해 지하 등에 저장된다.

이 기술은 기존 분리막보다 투과 성능을 혁신적으로 개선해 수소 분리와 동시에 이뤄지는 이산화탄소 포집률이 기존 공정보다 4%~25% 향상된 90%이상을 기록했다. 수소 투과 성능도 현재 142㎖/min.㎠로 미국 DOE의 목표치인 110㎖/min.㎠를 앞서 달성했다.

에기연은 이는 세계 최고 수준의 분리 효율로서 CO₂포집비용도 현재 톤당 40~60 달러수준에서 톤당 10달러까지 줄일 수 있어 세계 CCS(이산화탄소 포집 및 저장) 시장 선점을 위한 발판을 마련하게 됐다고 평가했다.

특히 공정에 쓰이는 핵심부품인 분리막은 자체 개발한 ‘팔라듐계(Pd-Cu계) 분리막’으로서 기존 분리막보다 합성가스 처리량이 7배 이상 향상됐으며 초박막화 기술을 통해 고가 소재의 사용량을 획기적으로 줄였다. 이 분리막을 500MW 규모의 발전소에 적용할 경우 비용은 60억원 수준으로 기존 분리막 비용(1,200억원)의 5% 수준에 불과하다.

또한 각각의 분리막을 적층한 모듈은 30기압 이상 고압에서 견딜 수 있도록 설계·제작 됐으며 이를 통해 고압 분리막 모듈화 기술을 확보했다. 이는 가스화기에서 발생한 압력을 그대로 사용, 투과성능을 향상시켜 공정을 효율적이고 단순화 시킨다.

연구책임자인 백일현 에기연 박사는 “이번 기술개발로 기술경쟁이 치열한 CCS 분야에서 기술적 우위와 시장을 선점할 수 있는 경제성을 확보하게 됐다”고 밝혔다.

한편 이번 기술이 CCS 설비 시장이 활성화 될 2025년 상용화에 성공해 국내 발전소에 적용될 경우, 연간 220만 톤의 이산화탄소 저감효과, 7,400억원의 국내 시장, 2조6,000억원의 수출시장을 선점하는 경제적 파급효과를 가져올 것으로 예측됐다.