한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)이 탄소포집공정이 필요없어 경제성이 높은 이산화탄소(CO₂) 전환 신공정을 개발했다. CO₂ 포집·활용·저장(CCUS) 기술 한계로 지적돼 온 경제성 문제를 해결할 수 있다.
KIST는 이웅·원다혜 청정에너지연구센터 박사팀이 액상 흡수제에 포집된 CO₂를 전기화학적으로 직접 전환해 고부가가치 합성가스를 생산하는 공정을 개발했다고 22일 밝혔다.
개발 CO₂ 전환공정은 액상 흡수제에 포집된 고순도 기체 CO₂를 활용한다. 복잡하고, 많은 에너지가 소모되는 기존 CO₂ 고순도화·압축 과정을 생략할 수 있다.
기존 CCUS 기술 대비 가격경쟁력이 높고, 탄소배출 저감효과가 크다. 뿐만 아니라 미반응 CO₂는 여전히 액상 흡수제에 포집돼 있어 생성물인 합성가스와 추가 분리 공정도 필요 없다. 합성가스의 수소와 일산화탄소(CO) 비율을 손쉽게 제어할 수 있다는 것도 장점이다.
연구팀은 최적의 흡수제 선정, 반응촉매 개발, 전기화학 반응기 개발, 장시간 운전 안정성 검증 등으로 액상에서 CO₂ 직접 전환 반응 효율을 극대화할 수 있었다.
새로 개발한 CO₂ 전환공정은 기존 CCUS 기술 대비 생산 단가는 27.0% 절감하고, 탄소배출은 75.7% 저감이 가능할 것으로 예상했다.
화석연료 기반 기술 중심으로 형성된 화학 시장 가격과 비교해 대등한 가격경쟁력도 확보할 수 있었다. 합성가스의 경우 기존 전환기술 대비 27.02% 생산 단가를 절감할 수 있다.
개발된 CO₂ 전환공정을 화력발전소 등 CO₂ 대량 배출원에 설치하면 낮은 비용으로 CO₂ 저감과 동시에 에틸렌 등 고부가가치 화합물을 생산할 수 있을 것으로 기대된다.
원다혜 박사는 “개발 기술은 포집된 CO₂를 활용해 전기화학적으로 고농도 합성가스를 효율적으로 합성하는 기술적 진보를 달성했다는 점에서 큰 의의가 있다”고 밝혔다.
이웅 박사는 “CO₂를 활용하는 다양한 전기화학적 전환 시스템에 응용 가능할 것으로 기대하고 있으며, 향후 이를 위한 연속공정 실증 및 기업으로 기술이전을 추진할 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 운영되는 '유용물질 생산을 위한 카본 투X기술개발사업'으로 수행됐으며, 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
