굴뚝에서 나오는 이산화탄소를 잡아냈다

에너지기술연구원, 대기 중 이산화탄소 포집 기술 개발
하루 95% 고농도 이산화탄소 1㎏ 포집… 400시간 연속 사용 가능

에너지기술연구원 박영철 박사팀이 새로 개발한 이산화탄소 건식흡수제(SMKIER-1). 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 탄소포집활용(CCS)연구단 박영철 박사팀은 굴뚝에서 나오는 이산화탄소를 포집하는 신소재와 공정 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 연구진이 개발한 이산화탄소 흡수제는 대기중의 이산화탄소를 흡수제 무게 대비 3%를 직접 흡수하는데, 하루 1㎏의 이산화탄소를 96.5%의 고순도로 회수한다. 이 흡수제는 400시간 이상 연속으로 사용할 수 있으며, 이는 국내 보고된 최초 사례다.

박영철 박사는 "이 기술을 통해 우리나라에서도 궁극적으로 연간 수백만t의 이산화탄소를 줄일 수 있는 기술의 첫발을 내디뎠다"며, "이를 통해 탄소중립을 목표로 하는 글로벌 노력에 중요한 기여를 할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진은 올해 중 하루 이산화탄소 10㎏을 포집할 수 있는 공정 실증을 진행할 예정이며, 향후 하루 200㎏급의 단계적 규모 확대를 통해 2030년 상용화 기술 확보를 목표로 하고 있다.

이를 통해 2035년까지 연간 1000t 이상의 이산화탄소를 포집할 수 있는 실증 설비를 구축할 수 있을 것으로 내다봤다.

에너지기술연구원 박영철 박사팀이 새로 개발한 이산화탄소 흡수제의 성능을 실험하고 있다. 에너지기술연구원 제공

발전소, 공장 등 대표적인 이산화탄소 배출 시설에는 이미 많은 개발이 이뤄진 이산화탄소 포집 기술을 적용할 수 있다. 하지만 대기 중에 퍼진 이산화탄소를 줄이기 위해서는 새로운 기술이 필요하다. 대기 중 이산화탄소를 직접 잡아내는 직접 공기 포집 기술이 주목받는 이유다.

직접 공기 포집 기술에는 이산화탄소만 선택적으로 흡수하는 성질을 가진 아민 기반의 건식흡수제가 주로 사용된다. 흡수제가 이산화탄소를 머금은 뒤 100도 이상의 고온 환경에서 이산화탄소를 분리하고 순수한 이산화탄소만 회수하는 원리다.

하지만 아민 흡수제는 고온 환경에서 내구성이 떨어져 성능이 저하된다는 단점이 있다. 이에 진공 환경에서 이산화탄소를 회수하는 등 다양한 대안 기술이 개발되고 있지만 아직까지 상용화에 이르지 못했다.

연구진은 기존 흡수제가 고온 환경의 내구성 저하 문제를 해결하기 위해 새로운 아민 기반 건식흡수제(SMKIER-1)를 자체 개발했다.

기존 흡수제는 이산화탄소를 강하게 흡수하는 아민과 아민을 잡아주는 실리카 지지체로 구성돼 있다. 하지만 아민이 가진 이산화탄소와의 결합력이 너무 강해서 다시 떼어내려면 많은 열에너지가 필요하다. 이 과정에서 열에 대한 내구성이 낮은 아민이 쉽게 손상되고 성능 저하를 일으킨다.
이를 해결하기 위해 연구진은 아민에 고리화합물 형태의 첨가제를 추가했다. 추가된 첨가제는 이산화탄소와의 결합력을 낮추면서도 아민을 보호하는 역할을 함께 수행해 열로 인한 손상을 막아준다. 이를 통해 이산화탄소 흡수, 회수에 들어가는 에너지는 줄이고 100도 이상의 고온 환경에서도 안정적으로 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있게 됐다.

[e-mail] 김만기 기자