이산화탄소 포집 및 저장(CCS)와 이산화탄소 포집 및 활용 저장 기술(CCUS)는 무엇일까?

이산화탄소 포집 및 저장(CCS 기술)과 탄소 포집 및 활용 저장 기술(CCUS 기술)이 나온 계기 및 이산화탄소 포집 및 활용 (CCU 기술) 활용 방안

경제 발전의 원동력이 되었던 석탄 석유 발전은 우리의 삶에 크나큰 영향을 미쳤습니다.

우리의 편안한 경제적인 삶은 산업혁명시대 이후 화석 연료를 사용함으로써 크나큰 발전을 이뤄, 대부분의 선진국들은 사람들이 굶어 죽지 않게 물질적인 풍요를 이뤄냈습니다. 

그러나 화석연료가 과다하게 발생하면서 우리의 삶의 여러 영향을 미치고 있습니다. 

이 표를 보게 되면 화석연료 사용에 따른 탄소 배출량은 영국은 이미 17세기부터 발전을 하고 있었으나, 다른 유럽 국가들이 본격적으로 발전하는 1850년을 기점으로 급상승합니다.

기존에는 석탄(Coal) 관한 탄소 배출이 많았으나, 1950년대 이후에 들어서는 석유(Petroleum)에 관한 배출이 급격하게 증가합니다.

이와 더불어 석탄이나 석유보다 탄소 배출이 낮아 대체재로써 사용되는 천연가스도 사용됩니다.

 

이 이후로 급증한 탄소 배출량 이상 기온 현상, 해수면 상승, 다양한 기상재해 등등의 영향을 미치고 있습니다. 이러한 기온 상승 및 기후변화가 극심하면 인간은 멸망하게 된다고 전해집니다. 실제로 지구의 온도가 기존에 비해 5도씨 상승하게 되면 인류가 멸망하게 될 것이라는 가설이 있습니다. 

 

이에 탄소 배출을 막기 위해 친환경 발전 및 재활용 등등 여러 가지 대응책이 나왔으나, 기존에 있는 이산화탄소를 줄이기에는 크나큰 한계가 있어 이산화탄소를 직접 포집하여 산업에 사용하는 방법을 구상하게 되었습니다. 

이산화 탄소를 직접 포집하는 기술은 지금부터 발전하여 2050년에는 이산화탄소 감축의 12%를 담당하게 될 것이라고 예상하고 있습니다. 

이산화탄소 포집 및 저장(CCUS)은 어떻게 하는 걸까? 

이산화탄소를 포집하고 저장하기 위해서는 이산화탄소 포집 기술, 포집한 이산화탄소를 저장하는 장소까지 보내는 수송 기술, 수송된 이산화탄소를 어느 곳에 보관할 것인지에 대한 보관 기술로 나뉩니다.

 

그중 이산화탄소 포집 및 저장을 구체적으로 어떻게 하는지 알아보기 전에 이산화탄소를 포집하는 것은 공정 위치 분리 대상 가스 혼합물의 종류에 따라 3가지로 구분됩니다.  첫 번째 연소 후 포집기술 , 두 번째 연소 전 포집기술, 세 번째 순 산소 연소 기술로 나뉩니다.

 

포집된 이산화탄소를 이송하는 수단으로써는 도로, 유조선, 선박, 파이프라인 등등을 통해 수송하는 것을 설계하고 있습니다. 

 

수송된 이산화탄소 같은 경우는 고갈된 석유 및 가스전 또는 지하 염수 대수층 등등 저장 가능한 매우 깊은 지하에 보관하는 방식을 생각하고 있습니다. 

이러한 과정들은 수백만년 동안 우리가 저장해온 석유 탄소 가스 등등을 저장해온 방법과 비슷합니다. 또한 아직도 지구 해수면 아래에는 수도 없이 많은 이산화탄소가 물이나 지하 암반 밑에 저장되어있습니다. 

이산화탄소 포집 기술이란? (CC 기술)

이산화탄소를 포집하는 기술에는 연소 전 포집기술 연소 후 포집기술 연소 중 포집기술이 있습니다.

연소 전 포집기술은 연소하기 전에 연료에 있는 이산화탄소를 포집합니다. 그 이후에 폭발력이 강한 수소와 같이 연소시켜 높은 발전 효율을 내는 방법입니다. 

 

연소 중 포집 기술은 연수 중에 공기에서 산소만 분리시켜 연소통에 넣으면 산소가 같이 연소되면서 수증기와 이산화탄소가 나오게 됩니다. (화학식으로 설명) 그 후에 수증기만 따로 빼내어 고순도 이산화탄소만을 남겨놓습니다. 

 

연소 후 포집 기술은 연소와 발전이 끝난 뒤에 배출된 이산화탄소를 포집하는 기술입니다. 구체적으로는 이미 연소가 끝나 배출된 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 것이 이 기술 중 하나의 예입니다. 

 

 이렇게 이산화탄소가 포집이 완료된 이후에는 위에 설명한대로 고순도 이산화탄소를 자연 상태에서 저장을 하거나, 활용하는 방법을 가집니다. 다시 설명하자면 고순도 이산화탄소를 빈 공간의 화석연료 추출지, 빈 광산, 깊은 해저 등등의 애초에 이산화탄소가 많았던 곳에 보관하는 방법이 있습니다.

 

이산화탄소 포집을 활용하는 방안 (CCU 기술)

그밖에는 이산화탄소를 제품으로써 활용하는 방안이 있습니다. 이러한 활용 방안에는 크게 이산화탄소를 화학적 전환, 생물 전환, 광물 탄산 전환, 기타 탄소 활용 기술 등등이 있습니다. 

이산화탄소를 화학 전환하는 기술

CO2를 화학으로 전환하는 경우는 굉장히 많습니다. CO2를 열 촉 매화학, 광화학, 전기화학, 효소 화학 기술을 활용해 여러 가지 화학 물질로 바꾸는 것입니다.

 

구체적으로 CO2를 메탄올과 만나 청정 연료 화학 제품으로 바꾸거나, CO2를 합성가스 및 유기산 카보네이트와 결합해 화학 중간체 전환

 

CO2를 요소 및 카보네이트 MDI 등과 결합시켜 폴리카보네이트 및 폴리우레탄으로 변환시키는 것입니다. 

 

구체적인 사례로는 일본의 아사히카세히는 CO2 맞지 에틸렌카보네이트로 변환시키는 기술을 개발하고 있습니다.

 

EU의 Covestro는  폴리우레탄으로 개발하고 있습니다. 독일의 Sunfire는 역수성가스화 기술 상용화 일본의 JFE 복합개실 기술을 개발하고 있습니다. 

이산화탄소 생물 전환 기술

CO2를 포집해서 미세 조류를 배양시킵니다. 미세 조류를 배양하여 바이오매스 수확하여 건조하게 되면 여러 에너지원으로 사용할 수 있습니다.

 

주로 연료나 소재화를 시키는데 바이오매스를 디젤유 항공유 고체연료로 변환시킬 수 있습니다.

 

소재에서는 천연 색소, 지방산, 사료, 플라스틱 소재 등등으로 이용하고 있습니다. 

 

구체적으로는 독일의 Electrochaea는 미세 조류 기반 바이오 연료를 개발하고 있습니다. 

 

미국의 ExxonMobil 엑슨모빌은 그린디젤 및 항공유로 변환시키는 기술을 개발하고 있으며

 

미국의 Qualitas Health는 지방산으로 변환시키는 기술을 개발하고 있습니다.

이산화탄소 광물 탄산화 기술

이산화탄소를 광물탄산화 시키는 방법은 알칼리계 산업부산물은 흔히 탄소와 많이 반응하는 성질을 가지고 있습니다.

 

이런 산업부산물들을 포집해둔 CO2와 직접 반응시켜 건설소재로 사용하거나 고무 종이 충진재 등의 화학제품으로 사용하거나 산업부산물 잔류물로 활용하고 있습니다. 

기타 탄소 활용 기술

기타 탄소 활용 기술은 말 그대로 그밖에 기술입니다.

 

주로 철강이나 발전, 바이오 가스에서 사용되는데 이러한 산업에서 가스를 분리하거나 정제할 때 CO2를 활용함으로써 올레핀 알코올 BTX 등등의 기초유분 및 디젤 정유 등등을 만들어내기도 하며, 부생수소 및 개질수소 등등으로도 만들어집니다. 

 

구체적으로는 독일의 Thyssenkrupp가 합성 가스 및 메탄올 생산 중국의 Lanzatech가 에탄올 생산 영국의 Shell British Airway가 바이오가스 전환 등등을 추진하고 있습니다.

탄소 포집 및 활용 저장 기술(CCUS 기술) 및 이산화탄소 포집 및 활용 (CCU 기술) 경제적 전망

조사기관에 따르면 CCU시장은 약 2025년에는 33억 달러 2030년에는 8400억 달러의 시장규모를 가지고 있다고 합니다. 거기에 여러 가지 CO2 활용 규모를 보면 단기적으로는 3700만 톤 장기적으로는 70억 톤까지 사용될 정도로 잠재력이 높은 산업이라고 할 수 있습니다.