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  • 기사등록 2022-01-04 11:11:28
  • 수정 2022-01-04 12:08:51
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CO₂ 고부가가치 CO 제조, 일석이조



정부의 2050년 탄소중립 전략에 따르면 산업에서 배출되는 온실가스는 석탄, 석회석, 납사 등을 화합물로 제조하는 과정에서 반드시 배출되는 부산물이고, 에너지 저감형 공정으로 제조해도 온실가스 감축량에는 여전히 한계가 존재하는 것으로 판단하고 있다. 이에 이산화탄소를 포집, 활용하는 기술인 CCU(Carbon Capture & Utilization) 기술의 중요성이 부각되고 있다.

CCU 기술은 이산화탄소를 단순히 버려지는 물질이 아닌 원료로 활용해 부가가치가 높은 탄소화합물로 전환하는 기술로서, 온실가스 감축을 통해 환경 문제를 해결함과 동시에 대기 중에 풍부하게 존재하는 이산화탄소를 탄소원으로 사용할 수 있다.


국제에너지기구(IEA)에서는 에너지, 산업공정 등에서 배출되는 CO2를 직접 또는 간접 전환해 잠재적 시장가치가 있는 제품으로 활용하는 기술(화학적 전환, 생물학적 전환, 광물탄산화)로 정의하고 있다. 아울러 전환 후 고부가가치 탄소화합물의 생성에 따른 추가적인 이익까지도 기대할 수 있어 그 가능성을 서서히 인정받고 있다. 여기에 탄소순환 개념을 추가한다면 탄소중립 시대를 겨냥한 핵심기술이 될 것이다.


하지만 탄소중립을 실현하기 위해서는 국민 공감대가 무엇보다 중요하며, 아무리 좋은 정책과 제도를 만들어도 국민이 공감하지 않으면 탄소중립은 요원할 것이다. 다행히 국민은 UN기후변화협약 당사국총회(COP)와 이상기후 현상 등을 통해 기후변화에 대한 인식이 각인됐고, 정부의 그린뉴딜 정책에 대한 이해도도 높은 수준이므로, 이제는 신뢰할 수 있는 세부적인 기술개발, 정책, 제도가 필요한 시점이다. 따라서 기업과 국민의 공감대를 확보한다면 CCU 기술은 탄소중립을 위한 신성장 동력의 중심축이 될 것이다.


■ 탄소순환 CCU 기술 및 제품 필요

세계 각국은 탄소중립 목표 선언과 함께 탄소 규제를 더욱 강화하는 방향으로 추진하고 있다. 이에 선제 대응하기 위해서는 배출된 이산화탄소를 흡수해 처리해야 하므로 온실가스 감축이 가능한 CCU 기술과 관련 제품 개발은 시급하다. 하지만 전 세계적으로는 대부분 응용연구 수준에 머물고 있어 경쟁적인 R&D 투자를 통해 기술선점을 서두르고 있다.


국외의 경우 EU, 미국 등 선진국을 중심으로 CCU 개발연구가 확대되고 있으며, 민간 참여 하에 일부 기술, 즉 메탄올, 폴리우레탄, 탄산칼슘 제조기술 등은 상용단계에 진입하고 있다. 특히 CCU 분야의 선진국이라고 할 수 있는 독일은 정부와 민간 주도로 수행한 ‘Dream 프로젝트’에 1,500만 유로를 투자해 다양한 소재와 원료를 개발한 바 있다.


국내의 경우 대부분 기술이 기초·원천 연구단계로, 일부 기술들은 2013년부터 파일럿 실증 연구 중이나 아직 상용화 사례가 없는 상황이다. 하지만 전 세계를 기준으로 하면 우리나라 기술수준은 최고 선진국 대비 80~85% 수준으로 결코 낮은 편은 아니며 정부의 신산업 육성 의지에 따라 상용화가 가능한 기술군은 다양할 것으로 평가하고 있다.


그동안 기업 입장에서는 온실가스 감축효과 보다 글로벌 시장수요 등을 고려한 경제성 확보가 더 중요했기 때문에 과감하게 시간과 투자를 하지 못했지만 EU, 미국 등에서 자국보다 탄소 배출을 많이 하는 국가의 제품에 대해 관세를 부과하는 제도인 탄소국경세 도입 등을 예고하는 등 국외 상황변화에 따른 대책이 시급한 실정이다.



탄소저감 소재로 전환, 탄소중립 기여· 관련 산업 경쟁력 확보

석화공정 일부변경, 정유·철강·시멘트 등 산업 활용 확대 기대



■ 온실가스 감축형 일산화탄소 생산기술


▲ 이산화탄소 활용 일산화탄소 제조 모식도


일산화탄소는 석유화학산업에서는 플랫폼화합물이라고 해, 다양한 소재 등을 제조하는 핵심 원료다. 그동안 온실가스를 줄이면서 생산할 수 있는 기술개발이 시도됐지만 기술적으로 넘어야 할 부분이 많아 상용화가 이루어지지 않았다.


한국화학연구원 환경자원연구센터(장태선 박사팀)에서는 기관 주요사업과 산업통상자원부 에너지기술개발사업으로 혁신적인 건식개질 촉매와 맞춤형 공정을 개발해 CCU 제품을 제조할 수 있는 플랫폼화합물인 일산화탄소 생산 기술을 개발했다.


이번 연구성과를 화학기업인 ㈜부흥산업사에 기술이전해 2022년까지 연간 5,000톤급 실증 상용화 연구를 공동 진행하고 있다. 이를 통해 석유화학산업은 물론 정유, 철강 및 시멘트 산업 등으로 활용이 확대될 것으로 기대하고 있다.


일산화탄소는 탄소와 산소를 한 개씩 포함하는 기체상 물질로 몇 단계의 공정을 거치면서 다양한 화학원료는 물론 플라스틱 소재(PU, PC, EVA 등) 등을 생산할 수 있는 핵심 물질이다. 하지만 기존 기술인 스팀개질은 온실가스를 많이 배출하고 있어서 상대적으로 배출이 적게 되는 기술이 필요했다.


이 기술은 원천부터 실증까지의 모든 과정을 통해 개질반응 메커니즘을 고려한 신규 촉매 설계와 제조에 대한 노하우를 확보했고, 다양한 촉매특성분석 기술로 검증했다. 그 외에도 파일럿 규모에서 제조된 일산화탄소를 활용해 초산, 메탄올, 디메틸카보네이트를 제조하는 등 응용 확대를 위한 준비도 지속적으로 진행하고 있다.


이같은 성과는 석유화학산업 공정의 일부를 CCU 기술로 변경해 이미 시장이 존재하는 기존 제품을 생산할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있고, 국민들의 이산화탄소 활용에 대한 이해도를 높일 수 있는 계기가 될 것이다. 또한 우리나라가 탄소중립 관련 산업에서 경쟁력을 확보할 수 있는 좋은 기회가 될 수 있을 것으로 기대한다.


▲ 탄소저감 효과


■ CCU 기술 확보, 제품화 전략 노력

정부에서는 탄소중립 핵심수단 임에도 불구하고 기술수준이 낮고 불확실성이 높기 때문에, 전략적인 투자를 뒷받침 하기 위해 지난해 6월 범부처 CCU 기술 로드맵을 발표했고, 이를 실행하기 위한 준비를 차질없이 해오고 있다.


우선 온실가스 감축효과, 시장규모, 부가가치 등을 고려한 기술·제품을 중심으로 기술수준이 높고 파급력이 높은 CCU 기술에 대해서는 실증상용화 연구를 통해 조기 상용화를 유도하고 있으며, 특히 감축효과에도 기여할 것으로 예상하고 있다.


그 밖에도 CCU 기술 및 제품에 대한 표준 인증, 국가 감축 기여도 모니터링, 평가 등을 위한 체계 구축 마련과 함께 국제협력 기반 강화를 통한 선도국과의 기술협력 활성화, 해외시장 진출 등에 대해서도 전략적으로 추진하고 있다.


결론적으로 주요 국가들은 CCU 기술을 상용화를 하기 위해 경쟁적으로 노력하고 있으므로 우리나라가 기술을 선점할 수 있다면 기술선진국이 될 수 있지만, 반대라면 기술종속국이 될 수밖에 없을 것이다. CCU 기술 확보에 노력을 기울인다면 이미 시장이 형성돼 있는 다양한 핵심 소재를 탄소저감형 소재로 전환할 수 있는 시기가 앞당겨질 것으로 예상한다.


▲ 일산화탄소를 원료로 하는 제품군

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