2010년 국제에너지기구(IEA) 보고서에 따르면 2050년까지 인류가 사용하는 에너지 중 화석연료 비중은 70% 이상을 유지할 것으로 전망된다. 세계 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 설비 시장 규모는 2025년 약 26조원에 이를 것으로 예상된다.
한국에너지기술연구원은 화력발전에 주로 쓰이는 석탄에서 이산화탄소를 원천적으로 제거하는 동시에 미래 청정에너지인 수소를 대량 생산할 수 있는 ‘분리막을 이용한 이산화탄소 포집 통합 공정 기술’을 개발, 실증을 통해 세계 최고 수준의 기술을 확보했다.
기존 사용하던 분리막보다 투과 성능을 개선, 수소 분리와 동시에 이뤄지는 이산화탄소 포집률을 기존 공정보다 4~25% 향상된 90% 이상으로 끌어올렸다. 이는 세계 최고 분리 효율일 뿐만 아니라 이산화탄소 포집비용 또한 1톤당 10달러까지 낮출 수 있는 핵심 기술이다. 현재 이산화탄소 포집 비용은 1톤당 40~60달러에 이른다. 이산화탄소 포집률은 2011년 미국 에너지부(DOE) 목표를 초과 달성했다. 수소 투과 성능도 현재 142㎖/min.㎠로 DOE 목표치인 110㎖/min.㎠를 앞서 달성했다.
이 기술은 석탄·폐기물·바이오매스 등 품질이 낮은 탄화수소 연료를 이용할 수 있다.
석탄가스화복합발전(IGCC)에 적용되는 이 공정은 가스화기에서 배출된 수소와 일산화탄소로 이뤄진 합성가스를 이산화탄소와 수소로 전환하고 분리막을 통해 선택적으로 수소를 분리하는 동시에 이산화탄소를 포집한다. 수소는 연료전지 발전이나 수송용으로 활용할 수 있으며 이산화탄소는 다양한 기술을 통해 지하 등에 저장된다.
자체 개발한 ‘팔라듐계(Pd-Cu계) 분리막’은 핵심 원천기술이다. 기존 분리막보다 합성가스 처리량이 7배 이상 향상됐으며 초박막화 기술을 통해 고가 소재의 사용량을 줄였다.
기존 분리막은 30㎛ 두께의 팔라듐 박을 코팅해 제조했으나 자체 개발한 분리막에는 신기술을 적용, 팔라듐 박을 3㎛ 두께로 초박막화해 소재 사용량을 10분의 1까지 줄였다.
분리막을 500㎿ 규모 발전소에 적용하면 기존 분리막은 1200억원의 비용이 들어가지만 개발된 분리막은 60억원에 불과하다.
연구책임자인 백일현 에너지기술연구원 박사는 “기술경쟁이 치열한 CCS 분야에서 기술적 우위와 시장을 선점할 수 있는 경제성을 확보했으며 화석연료에서 발생하는 이산화탄소의 원천적 제거는 물론이고 청정에너지인 수소를 대량 생산할 수 있는 차세대 에너지기술”이라고 말했다.
연구진은 석탄가스화 시스템과 연계한 2단계 사업을 통해 상용화를 앞당길 예정이다. 이 기술은 국가과학기술위원회와 한국과학기술기획평가원이 선정한 ‘2011 국가연구개발 우수성과 100선’가운데 톱5, 에너지·환경 분야에서 최우수 과제에 선정됐다.
최호기자 snoop@etnews.com
