UNIST, 기술·경제·환경 다 만족하는 생산법 찾아내
[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 탄소중립대학원 및 에너지화학공학과 임한권 교수팀이 천연가스로 수소를 만드는 공정에서 나오는 이산화탄소를 모아 액체이산화탄소로 만들어내는 최적의 생산법을 찾아냈다. 연구진이 분석한 최적의 생산법은 암모니아 냉매를 적용한 '증기 압축 냉동(Vapor compression refrigeration)' 시스템으로 기술적·경제적·환경적 측면을 모두 만족한다.
16일 연구진에 따르면 이 모델은 기존 생산 방식에서 발생하는 열 효율과 생산 효율을 극대화하고, 부산물과 이산화탄소 발생량을 최소화하는 방식으로 설계됐다.
기존 생산 방식과 비교한 결과 이 모델을 적용하면 최대 20%까지 생산량을 늘릴 수 있으며, 약 11%의 경제적 이득을 가져올 수 있다. 또한, 환경적인 측면에서도 이산화탄소 배출량을 기존 방식 대비 50% 이상 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
임한권 교수는 "이산화탄소 액화의 경우 다양한 기업 및 산업에서 이미 광범위하게 다루고 있지만, 이산화탄소 포집 기반의 블루 수소 생산 공정과 연계한 것"이라며 "향후 액체이산화탄소 산업에 중요한 지표가 될 수 있을 것"이라고 말했다.
세계적으로 지구온난화를 막기위해 신재생에너지와 함께 주목하는게 수소다. 수소는 아직까지 화석연료에서 뽑아내는데, 이경우 수소 1㎏을 만드는데 약 11㎏의 이산화탄소를 배출하는 문제가 있다. 이 공정에서 이산화탄소가 공기 중으로 배출되기 전 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 포집 기술을 적용한 블루 수소가 주목받고 있다.
이와동시에 식음료, 가스, 금속 등 다양한 산업에서 쓰이는 액체이산화탄소는 현재 공급이 수요를 따라가지 못하는 상황이다. 또 액체이산화탄소는 기체 이산화탄소보다 장거리 운송·저장 관점에서 더욱 용이하다.
연구진은 수소 생산과제에서 나오는 이산화탄소 처리문제와 액체이산화탄소 공급문제를 동시에 해결할 생산법을 분석했다. 액체이산화탄소를 만드는 공법에는 린데-햄슨(Linde-Hampson), 이중 압력 린데-햄슨(Dual pressure Linde Hampson), 증기 압축 냉동(Vapor compression refrigeration), 흡수 냉동(Absorption refrigeration) 등의 시스템이 있다. 이를 에너지, 에너지의 유효이용도, 경제성, 환경성 측면에서의 분석한 '4E 타당성 분석'을 도입해 종합적인 분석을 진행했다. 이 분석결과를 기반으로 다기준 의사결정 방법 중 하나인 분석적 계층화 과정(AHP) 분석법을 적용, 기술적·경제적·환경적 측면의 결과를 동시에 비교했다.
이번 연구의 제1저자인 최창권 에너지화학공학과 석박사통합과정 연구원은 "이산화탄소 액화 시스템 분석은 향후 예상되는 수소 및 액체이산화탄소 수요를 동시에 만족시킬 수 있을 것"이라며 "이번 분석이 액체이산화탄소 생산에 있어서 기술적·경제적·환경적 측면에서의 정량적 결과를 제시하고 구체적인 가이드라인으로 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.
또한 공동교신저자인 주나이드 하이더 에너지화학공학과 연구교수는 "이는 최초의 블루 수소 연계 액체이산화탄소 생산을 위한 연구"라며, "4E를 기반으로 효율적 액체이산화탄소 생산 공정을 모색한 것"이라고 덧붙였다.
한편, 연구진은 이번 연구결과를 국제학술지인 '어플라이드 에너지(Applied Energy)'에 발표했다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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