대기로 배출하기 전 분리해 저장
이미 퍼져있는 탄소는 끌어모아
유용한 물질로 바꾸는 기술 각광
습식 포집기술 상용화 가장 근접

2050탄소중립을 위해 에너지발전에서 탄소배출을 저감시키는 [이산화탄소 포집 및 전환 기술] 개발이 본격화 되고 있다. 이중 화력발전 등에서 발생하는 이산화탄소를 대기에 배출하기 전에 분리해 땅속에 저장하는 이산화탄소 포집(CCS) 기술을 조기에 도입할 예정이다. 또 150MW급 대규모 이산화탄소 포집 플랜트 기본설계를 완료해 향후 국가 대규모 CCS 통합실증사업으로 연간 100만∼300만t의 이산화탄소 감축도 추진한다.

■이산화탄소 포집기술 경쟁 치열

12일 업계에 따르면 한전은 2050탄소중립의 핵심인 '이산화탄소 포집 및 전환 기술' 개발을 본격화하고 있다. 이중 CCS는 화력발전, 제철, 시멘트 등 산업에서 화석연료를 사용해 발생하는 이산화탄소를 대기로 배출하기 전에 분리해 땅속 등에 저장하는 기술이다. 대표적인 이산화탄소 포집기술은 습식, 건식, 분리막 기술 등이 있다. 다양한 이산화탄소 포집기술 중 습식 포집기술이 가장 상용화에 근접한 기술이며, 전 세계적으로 고효율 습식 포집기술 개발경쟁이 치열하다.

한전은 발전소 온실가스 배출을 줄이기 위해 2000년 초반부터 화력발전소, 제철소, 시멘트산업 등 대규모 설비에 적용 가능한 이산화탄소 포집기술을 개발했다. 한국중부발전 보령화력본부에 국내 최대규모인 10MW 습식 이산화탄소 포집 실증플랜트를 설치해 공동운영하고 있다.

보령화력에 설치된 '10MW급 습식 이산화탄소 포집 실증플랜트'는 연간 약 7만t(일일 180t 이상)의 이산화탄소를 포집하는 규모다. 한전 전력연구원은 독자 개발한 이산화탄소 습식흡수제와 에너지 저소비형 공정을 적용해 90% 이상의 이산화탄소를 제거하면서도 에너지 소비량은 40% 이상 감소시켰다. 2019년 9월부터 2020년 11월까지 1만 시간 장기연속운전을 달성해 장기운전 신뢰성을 입증했다. 향후 150MW급 대규모 이산화탄소 포집 플랜트 기본설계를 완료해 국가 대규모 CCS 통합실증사업으로 연간 100만∼300만t의 이산화탄소 감축에 나선다. 또 이산화탄소 메탄화 기술을 고도화하고 격상 실증기술을 개발해 한전이 추진하는 P2G(Power to Gas·미이용 재생전력을 이용해 가스를 생산하는 기술) 기반 마이크로그리드(소규모 지능형 독립전력망)를 연계한 실증사업도 추진한다.

■탄소→청정연료 전환기술 개발도

한전 전력연구원은 다양한 이산화탄소 전환(CCU) 기술 중 전력·에너지산업을 고려해 광물탄산화를 통한 중탄산소다 생산기술과 생물학적 전환을 통한 메탄화 기술 개발에도 주력하고 있다. CCU 기술은 이산화탄소를 유용한 물질로 전환해 활용하는 기술이다. CCU 기술은 화학적 전환, 생물학적 전환, 전기화학적 전환, 광물탄산화 등 다양하다.

전력연구원은 2017년부터 생물학적 방법을 적용해 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 기술개발 실증을 추진하고 있다. 이산화탄소 메탄화 기술은 미활용 재생전력으로 생산된 수소를 화력발전소에서 배출되는 이산화탄소와 반응시켜 메탄을 생산한다. 이렇게 생산된 메탄가스는 발전연료, 수송연료, 도시가스 등으로 활용할 청정연료다.

특히 생물학적 메탄화 기술은 변동성이 높은 재생에너지를 이용해 생산되는 그린수소와 연계가 유리하다.

한전은 기존보다 메탄화 효율이 1.7배 이상 높은 신종 메탄화 미생물 2종을 한양대학교와 공동으로 개발했다. 이를 적용해 2019년 국내 최초로 5kW급 메탄화 테스트베드를 100% 국내개발 기술로 구축했다.

이는 하루 0.1t의 이산화탄소를 전환할 수 있는 규모다. 이산화탄소 전환율 90% 이상의 성능을 확보했다.

한전은 "2050 탄소중립 추진전략으로 온실가스 다배출 업종의 산업 구조 전환을 위해 CCUS 기술을 조기 도입할 예정"이라며 "2030년 대규모 이산화탄소 포집·전환기술로 CCUS 통합실증을 추진하고, 2050년에는 탄소배출 없는 화학제품 등 탄소중립형 원천기술을 확보할 것"이라고 강조해다.