국내 연구진이 건식흡수제를 이용해 공기중 이산화탄소를 직접 포집하고 제거하는 기술의 성능을 19배 늘리는데 성공했다.
한국에너지기술연구원 CCS연구단 박영철 박사 연구진은 하루 1kg 수준에 불과했던 공기중 이산화탄소 포집량을 1년만에 19배 규모로 확대하는 데 성공했다고 5일 밝혔다. 개발된 공정은 1000시간 이상 실증운전을 성공적으로 완수해 향후 더 큰 규모의 실증 가능성을 나타냈다.
연구진이 개발한 직접공기포집(DAC)은 건식 흡수제를 이용해 공기중 이산화탄소를 직접 포집하고 제거하는 기술이다. 공장 등 배기가스 배출시설에 적용되는 기존 탄소포집 기술과 달리, 공간의 제약없이 설치할 수 있어 탄소중립의 핵심기술로 꼽힌다.
DAC(Direct Air Capture) 기술원리는 송풍기를 이용해 공기를 공정 설비로 흡입→흡수제를 활용해 흡입된 공기중 CO2를 선택적으로 포집→흡수제에 열 또는 진공을 가해 고농도의 CO2 추출→추출된 CO2 압축 및 저장하여 제품 원료 등 활용하는 방식이다.
연구진은 전년도에 수행한 일일 1kg급 포집 실증을 바탕으로 흡수제의 충전량, 기체 처리량, 열관리 설계를 고도화했다. 또 아민 고분자 기반의 건식 흡수제를 새로 도입해 95% 이상의 고순도 이산화탄소를 일일 19kg까지 포집할 수 있는 시스템을 구축했다. 이는 하루동안 소나무 약 1000그루가 흡수하는 양과 맞먹는 수준이다.
고순도 이산화탄소 회수는 포집된 이산화탄소는 압축⋅액화 처리 후 저장되며, 이산화탄소의 순도가 높을수록 압축⋅액화에 들어가는 비용이 줄어들고 이산화탄소 재활용 시에도 고순도일수록 유리하다는 장점이 있다.
개발된 시스템의 실증 결과, 1000시간 이상 운전해도 흡수제의 성능, 열관리 효율, 반응기 압력손실 등의 주요 지표가 안정적으로 유지되는 것을 확인했다. 이를 통해 기존 1kg급 실증에서 확인하지 못한 장기 연속 운전시 안정성, 공정 사이클 간 성능 편차 등 데이터를 확보해 향후 대규모 시스템으로 확대하기 위한 기반을 마련했다.
연구진은 이번 실증 결과를 바탕으로 포집 공정을 일일 200킬로그램급으로 확대 실증할 계획이다. 또 단계적 규모 확대를 통해 2035년까지 연간 1000톤 이상의 이산화탄소를 포집하는 설비를 실증할 수 있을 것으로 전망했다.
연구책임자인 박영철 박사는 "이번 실증 성과는 국내 고유의 직접 공기 포집 기술을 확보하기 위한 출발점"이며 "향후 연간 수백만 톤 규모의 이산화탄소 감축이 가능한 기술로 발전시켜 국가 탄소중립에 이바지할 수 있도록 노력할 것"이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 DACU 원천기술개발사업의 지원으로 추진됐으며, 에너지연을 중심으로 KAIST, 고려대학교, GS건설이 참여해 소재–공정–시스템–실증 전 주기에 걸친 협력을 수행했다.
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