소개글
"탄소포집 기술"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 탄소포집 기술의 중요성
1.2. 기후변화협약과 온실가스 감축의 필요성
1.3. CCS 기술의 개념과 필요성
2. CCS 기술의 종류 및 특징
2.1. 포집기술
2.1.1. 연소 후 포집기술
2.1.2. 연소 전 포집기술
2.1.3. 순산소 연소기술
2.2. 수송기술
2.3. 저장기술
3. 주요국의 CCS 정책 현황
3.1. 미국
3.2. 유럽연합
3.3. 중국
4. 국내 CCS 기술 개발 현황
4.1. 포집기술
4.1.1. 아민계 흡수제
4.1.2. 건식 흡수제
4.1.3. 막 분리법
4.1.4. 순 산소 연소기술
4.2. 연소 전 CO2 포집기술
4.3. CO2 지중저장기술
5. 국내 CCS 기술 개발 계획
5.1. 기술 개발 방향
5.2. 포집기술
5.3. 수송기술
5.4. 저장기술
6. CCS 기술 보급을 위한 전략
6.1. 저장 요소기술 확보 시급
6.2. 기업 유인책 마련 필요
6.3. 사회적 수용성 제고
7. 결론
8. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 탄소포집 기술의 중요성
기후변화로 인한 자연재해 피해가 지속적으로 증가하고 있으며, IPCC(기후변화에 관한 정부간 패널)는 기후변화가 인간의 온실가스 배출과 밀접한 관계가 있다고 공식적으로 발표하였다. 이에 따라 전 세계적으로 온실가스 배출을 제한하고자 하는 움직임이 지속되고 있다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 2050년의 세계 온실가스 감축량 중 19%를 CCS(탄소포집 및 저장) 기술이 담당할 것으로 예상되어, CCS 기술은 단기적으로 이산화탄소를 감축할 수 있는 핵심 기술로 평가받고 있다. 또한 CCS 기술이 없다면 CO2 감축비용이 70% 이상 증가할 것으로 전망되어, CCS 기술의 중요성이 날로 부각되고 있다. 그러나 현재 CCS 기술의 적용에 가장 유리한 산업 분야인 석탄 가스발전에서도 CCS 기술을 적용하지 않은 경우보다 발전비용이 20유로/MWh 이상 비싸지는 문제가 있어, CCS 기술의 비용 개선이 온실가스 감축을 위한 핵심과제로 대두되고 있다. 이에 따라 세계 각국은 100여 개 이상의 CCS 프로젝트를 수행하거나 계획하면서 기술 개선을 위해 노력하고 있다.
1.2. 기후변화협약과 온실가스 감축의 필요성
기후변화는 전 세계적인 환경 문제로 대두되고 있다. 온실가스 배출이 주요 원인으로 지목되고 있으며, 특히 이산화탄소(CO2) 배출량이 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 이에 따라 국제사회는 기후변화에 대응하기 위해 온실가스 감축의 필요성을 강조하고 있다.
1992년 6월 브라질의 리우환경회의에서 채택된 "기후변화에 관한 국제연합 기본협약(UNFCCC)"은 지구온난화에 따른 이상 기후현상을 예방하고자 하는 목적으로 마련되었다. 이후 1994년 3월에 공식적으로 발효되었으며, 당사국총회(COP)가 매년 개최되어 온실가스 감축을 위한 논의가 지속되고 있다.
특히 1997년 채택된 교토의정서는 선진국들에게 온실가스 감축 의무를 부과하였으며, 이후 2009년 코펜하겐 합의문과 2010년 칸쿤 합의 등을 통해 선진국뿐만 아니라 개발도상국의 자발적 감축 참여가 강조되는 등 국제사회의 온실가스 감축 노력이 지속되고 있다.
이처럼 기후변화협약과 온실가스 감축은 전 세계적인 당면 과제로 대두되고 있다. 각국 정부와 국제기구는 온실가스 저감을 위한 다양한 정책과 기술 개발에 힘써 왔으며, 앞으로도 더욱 강화된 조치들이 마련될 것으로 예상된다.
1.3. CCS 기술의 개념과 필요성
이산화탄소(CO2) 포집 및 저장 기술(Carbon Capture and Storage, CCS)은 화석연료의 연소로 발생하는 대량의 이산화탄소를 배출원에서 분리하여 지중 등에 격리시킴으로써 대기 중으로의 배출을 방지하는 기술이다. 이는 기존 화석연료 의존적인 경제 시스템을 유지하면서도 온실가스 배출을 감축할 수 있는 실질적인 대안으로 평가받고 있다. CCS 기술은 크게 포집(Capture), 수송(Transport), 저장(Storage)의 3단계로 구성되며, 이 중 포집 기술이 가장 핵심적인 기술로 여겨지고 있다. CCS 기술은 온실가스 감축의 유일한 방법이 될 수 있어 국제에너지기구(IEA)에 따르면 2050년 온실가스 감축량의 19%를 CCS 기술이 담당할 것으로 예상된다. 또한 CCS 기술이 없을 경우 온실가스 감축 비용이 70% 이상 증가할 것으로 분석되고 있다. 따라서 CCS 기술은 기후변화 대응을 위한 필수적인 수단으로 여겨지고 있으며, 전 세계적으로 활발한 기술 개발이 진행 중이다.
2. CCS 기술의 종류 및 특징
2.1. 포집기술
2.1.1. 연소 후 포집기술
연소 후 포집기술은 연소 공정을 거친 후 발생한 배가스 내 포함되어 있는 이산화탄소와 질소에서 이산화탄소를 분리하는 기술이다. 연소 후 포집은 대기압, 저온에서 운전이 가능하며 상대적으로 상용화에 가장 근접해 있는 장점이 있다. 그러나 재생에너지 비용이 과다한 문제와 포집에 앞서서 먼지, 황산화물, 질소산화물 등의 불순물을 제거해야 한다는 단점이 있다.
연소 후 포집기술의 대표적인 기술로는 화학 흡수법이 있는데, 알칸올아민류를 흡수제로 사용하는 공정이 대표적이다. 이 공정은 기존 화학공정에서 잘 적용되어 온 기술로 신뢰성이 높은 편이다. 하지만 흡수-탈거 과정에서 상당한 에너지가 소요되어 비용이 높다는 단점이 있다. 따라서 흡수제 성능 개선, 공정 효율화 등을 통한 비용 절감이 과제로 남아있다.
최근에는 이러한 단점을 해결하기 위해 암모니아나 탄산염 등의 신규 흡수제에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 암모니아 흡수제는 에너지 소요량이 적고 내부식성이 우수한 장점이 있지만 암모니아 증발 등의 문제가 있다. 탄산염 기반 흡수제는 에너지 소요가 상대적으로 낮고 안정성이 높은 편이지만 흡수 속도가 느리다는 단점이 있다. 이에 따라 다양한 흡수제 혼합물을 활용하여 장단점을 보완하는 연구가 이루어지고 있다.
또한 연소 후 배가스에서 이산화탄소를 분리하는 방식으로 막분리 기술도 연구되고 있다. 막분리 기술은 공정이 상대적으로 단순하고 에너지 효율이 높은 장점이 있지만, 아직 분리 효율과 선택도가 충분하지 않은 상황이다. 따라서 막 소재 및 공정 개선을 통해 성능 향상이 필요한 실정이다.
연소 후 포집기술은 상용화가 가장 빠를 것으로 기대되는 기술 중 하나이다. 그러나 아직까지 포집 비용이 높은 수준이므로, 흡수제 성능 개선, 공정 최적화, 막분리 기술 등 다양한 혁신 기술 개발을 통해 지속적인 비용 절감이 필요할 것이다.
2.1.2. 연소 전 포집기술
연소 전 CO2 포집기술은 다양한 화석연료를 부분 산화시켜 합성가스(H2+CO)를 제조하고 연이어 수성가스 전이반응을 통해 수소와 이산화탄소로 전환한 후, 수소 또는 이산화탄소를 분리함으로써 연도가스로 배출 전에 CO2를 포집하는 기술이다.
연소 전 CO2 포집기술은 이산화탄소를 포집할 뿐만 아니라 수소를 생산할 수 있는 기술로서 미래 수소경제사회로 가기 위한 핵심 기술로 평가되며, 석유가 아닌 석탄, 바이오매스 및 유기 폐기물 등을 원료로 이용할 수 있기 때문에 석유고갈 및 고유가를 대비한 미래 발전 기술이다. 특히 생성물 수소의 순도가 높고 불순물 함량이 낮으면 발전용 SOFC 및 수송용 PEMFC에 적용될 수 있기 때문에 고효율의 발전(60% 이상)과 연료전지 자동차 등 이동배출원의 CO2 저감이 가능하여 이동원과 고정원의 이산화탄소 배출을 동시에 억제할 수 있다.
연소 전 포집 기술의 개발을 위한 요소기술로는 가스화 후 불순물을 제거하는 정제분야, 합성가스를 수소와 이산화탄소로 전환하는 수성가스변위 반응 분야 및 생성된 수소와 이산화탄소를 분리하는 H2/CO2 분리 분야로 구분될 수 있다.
정제 분야에서는 IGCC의 경우 정제수준은 가스터빈, SOFC, PEMFC 등 발전을 위한 적용분야 및 WGS 반응 촉매, CO2 포집율 등 반응조건에 따라 상이하며 SOFC 발전에 적용하기 위해서는 고도 정제 수준이 요구된다. 또한 석탄의 가스화 과정에서는 CO, H2의 합성가스 외에 CO2, CH4, H2S, NH3, N2, CnHm, Hg 등의 여러 가지 불순물이 나오며, 이를 줄이는 기술이 필요하다. 정제 분야는 흡수제나 분리막을 이용하여 수소/이산화탄소를 분리하는 공정 개발 시 WGS촉매를 어떤 것으로 쓰는 것이 좋은지, 조업압력과 온도를 어떻게 유지할 것인지를 결정하는 중요한 분야이다. 현재 고온의 낮은 정제수준의 hot gas cleaning과 저온의 높은 정제수준을 갖는 cold gas cleaning의 두 가지 선택 방향이 제시되고 있으며, 전체 공정 개발 시 적절한 열 교환을 통해 최적공정을 개발해야 한다.
수성가스변위(WGS: Water Gas Shift) 기술 분야에서는 석탄 가스화 공정으로부터 생산된 주요 가스 성분으로 H2, CO, CO2가 있으며, CO2 분리 및 수소 생산 공정에서는 수소와 이산화탄소의 수율을 높이기 위해 수증기(H2O) 주입을 통한 수성가스변위(WGS, H2O + CO ↔ H2 + CO2) 반응을 수행한다. 미국 등의 선진국에서는 수소 생산 수율을 높이고 반응 속도를 빠르게 하는 Advanced WGS 기술 개발을 위해 연구를 진행 중이다.
수소와 CO2 분리 기술인 H2/CO2 분리 기술은 수성가스변위 반응으로부터 생산된 수소와 CO2 및 기타 생성가스 혼합물로부터 CO2 혹은 수소를 분리하는 기술로서, 대규모 분리기술로는 물리용매, 화학용매와 이들의 혼합용매가 사용되고 있으며, 소규모 산업공정에서는 PSA (Pressure Swing Adsorption)와 심냉법이 사용되고 있다. 연소 전 CO2 포집 기술에 사용되는 현재 기술은 Selexol이며 이보다 CO2 포집 비용이 낮은 신기술에 대한 연구개발이 진행되고 있다. 이와 같은 기술로는 습식․건식 흡수기술, 막분리, 이온액체, MOF, CO2 하이드레이트 등이 있다. PSA 공정과 Selexol, Rectisol 등의 물리흡수제를 이용한 공정이 상용화되어 있으나 습식공정의 경우 낮은 온도가 요구되어 열효율이 낮고, 두 공정 모두 가스 재생이 필요하여 재생열에 따른 에너지소비가 높은 단점이 있다. 반면에 분리막을 이용한 H2 분리 공정의 경우 IGCC의 고압을 이용하여 단일반응기로 조업되기 때문에 에너지 효율이 높고, 공정비용이 감소되며 특히 수성가스 전이반응과 연계한 반응분리 동시공정 구성 시 10% 이상의 전화율 상승이 기대된다. 이와 함께 흡수제를 이용한 반응분리 동시공정의 경우도 수성가스 전이반응과 동시공정으로 전화율 상승을 유도할 수 있으며 재생 시 고농도의 CO2만을 얻을수 있어 CO2 포집 공정으로 적용 가능하다.
현재까지는 흡수제와 분리막 기술이 경쟁하는 수준이나 최근 분리막을 활용한 H2/CO2 분...
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