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  • 기사등록 2023-03-27 10:10:01
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▲ 단순화된 이산화탄소 전환 공정

국내 연구진이 탄소중립 구현을 위한 혁신 기술로 주목받고 있는 이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS) 기술의 실용화를 앞당길 포집공정이 필요 없는 단순화된 신공정을 개발했다.


한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 이웅 박사, 원다혜 박사 연구팀은 액상 흡수제에 포집된 이산화탄소(CO2)를 전기화학적으로 직접 전환해 고부가가치 합성가스를 생산하는 공정을 개발하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.


해당 연구성과는 현재까지 CCUS 기술의 한계로 지적되어 온 경제성 문제를 해결할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.


연구팀이 개발한 CO2 전환공정은 액상 흡수제에 포집된 고순도 기체 CO2를 활용하기 때문에 기존의 복잡하고, 많은 에너지가 소모되는 CO2의 고순도화 및 압축 과정을 생략할 수 있다.


때문에 기존 CCUS 기술 대비 가격 경쟁력이 높고, 탄소배출 저감효과가 크다는 장점이 있다. 또한 미반응 CO2는 여전히 액상 흡수제에 포집되어 있기 때문에 생성물인 합성가스와의 추가 분리 공정 또한 필요 없고 합성가스의 수소와 일산화탄소 비율을 손쉽게 제어할 수 있다는 것도 또 다른 장점이다.


연구팀은 최적의 흡수제 선정, 반응 촉매 개발, 전기화학 반응기 개발, 장시간 운전 안정성 검증과 관련한 실험을 수행해 액상에서의 CO2 직접 전환 반응 효율을 극대화할 수 있었다.


또 개발 공정에 대한 상용화 가능성을 확인하기 위해 상용급 공정에 대한 컴퓨터 모델링 시뮬레이션 연구도 수행했으며, 기술경제성 및 전 과정 평가를 통해 새로 개발한 CO2 전환공정은 기존 CCUS 기술 대비 생산 단가 27% 절감 및 탄소배출 75.7% 저감이 가능할 것으로 예상했다.


뿐만 아니라 화석연료 기반 기술 중심으로 형성된 화학 시장 가격과 비교해도 대등한 가격경쟁력을 확보할 수 있었다. 특히, 합성가스의 경우는 기존 전환기술 대비 27.02% 생산 단가가 절감이 가능하다. 생산 단가를 $0.89/kg 에서 $0.65/kg까지 절감할 수 있으며 탄소배출은 1.13kg CO2/kg에서 0.27kg CO2/kg 저감할 수 있다.


개발된 CO2 전환공정을 화력발전소 등 대량 배출원에 설치할 경우, 낮은 비용으로 CO2 저감과 동시에 에틸렌 등 고부가가치 화합물을 생산할 수 있을 것으로 기대된다.


KIST 원다혜 선임연구원은 “개발된 기술은 포집된 CO2를 활용해 전기화학적으로 고농도 합성가스를 효율적으로 합성하는 기술적 진보를 달성했다는 점에서 큰 의의가 있다.”고 밝혔다.


KIST 이웅 책임연구원은 “CO2를 활용하는 다양한 전기화학적 전환 시스템에 응용 가능할 것으로 기대하고 있으며, 향후 이를 위한 연속 공정 실증 및 기업으로의 기술이전을 추진할 계획”이라고 밝혔다.


한편, 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 운영되는 ‘유용물질 생산을 위한 Carbon to X 기술개발사업’으로 수행됐으며, 연구 결과는 세계적 권위의 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF 17.694, JCR 7.432%)’에 12월 5일 게재됐다.

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