[특별기획=한반도 넘어 글로벌 표준으로 뻗어가라]<눈여겨 볼 세션 KEPIC 논문 베스트5>
창의미래연구소 선임연구원
CO2는 다른 물질과 비교하여 열역학적으로 매우 안정한 물질이기 때문에 이를 산업적으로 활용하기 위해서는 추가의 에너지 공급과 별도의 공정이 필요하다. 따라서 CO2 자원화 기술이 가지는 가치에도 불구하고 그동안 상용화 사례는 많지 않았다. 그러나 최근 온실가스 저감을 위한 다양한 기술적 방안이 요구되는 가운데 CO2 자원화 기술이 산업현장에서 발생되는 CO2를 직접 활용할 뿐만 아니라 우리나라와 같이 포집된 CO2의 격리를 위한 대규모 저장소 확보에 어려움이 있는 상황에서 기존 CCS 기술의 대안으로 기대를 받고 있으며 최근 전 세계적으로도 활발한 연구가 진행 중이다.
CO2 자원화 기술의 주요 상업화 사례로 미국의 Skyonic사는 2010년부터 미국 에너지부(DOE)의 지원을 받아 CO2 활용기술을 개발 중에 있다. 2014년 미국 텍사스 주에 위치한 시멘트 공장에서 발생되는 연간 약 8만톤 규모의 CO2를 활용하여 중탄산소다, 수소 및 염소 등을 생산할 수 있는 플랜트를 구축하였고 2016년 현재 상업운전 중에 있다. 또한 미국의 Calera사는 샌프란시스코 주의 화력발전소에 발생되는 배가스를 이용하여 콘크리트 및 시멘트 원료를 생산하는 기술을 개발 중에 있다.
국내에서도 CO2 자원화 기술에 대한 중요성이 증대됨에 따라 관련 기술개발이 진행 중에 있다. 관련하여 한국전력과 한국동서발전은 2013년 착수된 기술개발을 통해 화력발전소에서 배출되는 CO2를 별도의 포집 및 저장 단계 없이 산업적으로 유용한 고부가 화합물로 전환하는 CO2 자원화 기술을 개발했다.
이번에 개발된 CO2 자원화 기술은 발전소에서 배출되는 CO2와 소금물의 전기분해로부터 얻어지는 가성소다(NaOH)를 이용하여 중탄산나트륨(NaHCO3), 수소(H2) 및 염소(Cl2) 등을 동시 생산할 수 있는 기술로서, 실험실 규모 성능시험에서 90% 이상의 CO2 제거와 동시에 순도 98%의 중탄산나트륨을 하루 20kg 이상 생산하는 데 성공했다.
특히 기술개발에 있어 CO2와 가성소다의 접촉효율을 크게 증대시킨 고효율 탄산화 공정을 개발하여 CO2 전환성능과 경제성을 대폭 개선하였으며 최신 분리막·전극기술을 적용함으로써 전기분해공정의 에너지 사용량을 25% 이상 절감했다. 이를 바탕으로 한국전력은 동서발전과 함께 2018년까지 중탄산나트륨을 연간 약 150톤 생산할 수 있는 실증플랜트를 구축해 상용화를 위한 플랜트 기술을 확보할 예정이다.
최근 국제적으로 강화된 온실가스 감축의무에 따라 CO2 활용을 통한 탄소자원화 시장은 국내외로 크게 확대될 것으로 전망되고 있다. 이에 우리 정부에서는 파리 기후협정(2015년 12월) 이후 전 세계적으로 강화된 온실가스 감축에 대응하고 산업경쟁력을 확보하기 위한 일환으로 이달 10일 중순 탄소자원화 프로젝트를 9대 국가전략 프로젝트 일환으로 추진하는 계획을 발표했다. 이러한 움직임에 따라 CO2를 활용한 자원화 기술개발 및 이를 통한 에너지 신산업 창출노력은 지속적으로 증가될 것으로 기대한다.