탄소를 포집한다는 장비는 어떤 원리로 이루워졌는지 궁금합니다.

Question

온실가스가 많이 발생하는 석탄과 가스발전소의 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 탄소 포집장비를 이용한다는데 그 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.

아민계 포집 공정

아민계 포집 공정은 습식 흡수 기술의 대표적인 공정으로 석유화학 공정 중 개질 공정에서 적용된 바 있는 기술적 신뢰성이 확보된 기술이다. 그러나 다양한 오염물이 포함된 연소 배출가스에 적용하기 위해서는 흡수제 성능 및 공정 개선이 필요한 분리 기술이다. 습식 흡수 기술은 흡수제의 특성에 따라 화학 및 물리 흡수 공정으로 구분되는데, 전자는 이산화탄소와 흡수제 간의 화학적 결합에 의하여 분리되는 공정이고, 후자는 이산화탄소의 분압과 관련된 물리적 결합에 의한 것이다.

암모니아수를 이용한 이산화탄소 포집 공정

암모니아수를 이용한 이산화탄소 포집 공정은 탄산암모늄이 이산화탄소와 물과 반응하여 중탄산암모늄이 되는 반응이 주반응으로 반응열이 적으며, 아민계 공정에 비하여 수분 증발열(heat ofstripping)이 없다. 암모니아수 가격이 다른 흡수액에 비해 저렴하며, 배기가스에 포함된 SOx, NOx에 영향을 거의 받지 않는다는 장점을 가지고 있다. 그러나 암모니아의 증기압이 높아서 배출가스와 함께 배출되는 암모니아 유출 문제 해결과 발전소 탈황 설비(FGD) 후단에서 나오는 배기가스를 냉각해야 하는 단점을 가지고 있다.

탄산칼륨을 이용한 포집 공정

탄산칼륨을 이용한 포집 공정은 등온 흡수탑과 탄산칼륨 수용액을 이용하는 것으로 벤슨(Benson)에 의해 처음 개발되었다. 이 공정은 MEA 화학 흡수 공정에 비해 두 탑을 등온에서 운전하므로 빠른 순환 속도를 가질 수 있고 흡수제가 열화되는 현상이 낮기 때문에 효율적인 이산화탄소 흡수 공정으로 평가되고 있다. 이러한 1세대 공정들은 공통적으로 고농도 이산화탄소와 황화수소를 처리할 수 있으나 발전소 등의 대량 배출원에 바로 적용하기에는 처리 가스의 압력 조건이 높다는 단점이 있다.

유동층 건식 흡수 공정

유동층 건식 흡수 공정은 습식 흡수제 대신 고체 입자가 이산화탄소를 흡수하고, 조건 변화에 따라 다시 이산화탄소를 배출하여 원래의 고체 화합물로 재생되는 시스템이다. 폐수가 발생되지 않고 부식 문제가 적으며, 재생 공정에서의 높은 에너지 소모의 문제점을 극복할 수 있을 것으로 기대되고 있으며, 상업적 기술로 정립되지 않은 상태이지만, 포집 비용을 줄일 수 있는 혁신 기술로 인식되고 있다. 국내에서도 건식 흡수제를 이용한 포집 공정 연구를 수행하고 있다.

막 분리 기술

막 분리 기술은 배기가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 투과시키는 분리막을 이용하여 이산화탄소를 선별적으로 분리하는 기술이다. 효율적인 포집 시스템 구축을 위해 가장 중요한 기술인 분리막 소재의 투과성, 분리막 유효층의 박막화를 통한 단위 모듈의 처리 용량 증대, 막분리 시스템의 최적화를 위해 각국에서 경쟁적인 기술 개발이 이루어지고 있다. 막분리 시스템은 아직 상업화되지는 못했지만, 전 세계적으로 다수의 연구 개발이 진행 중에 있다.