현재 우리나라의 대기 중 이산화탄소 농도는 2013년 400㏙을 돌파한 이래 지속 상승해 2023년 427㏙를 기록했다.
같은 기간 우리나라 연평균 온도는 1.1℃ 오르며 지구온난화로 인한 기후위기의 심각성이 가중되고 있다.
대기 중 이산화탄소를 줄이는 ‘직접 공기포집 기술(DAC)’은 이산화탄소만 선택 흡수하는 아민 기반 건식흡수제가 주로 사용된다.
이는 흡수제가 100℃ 이상에서 이산화탄소를 분리해 회수하는 방식으로, 고온 환경에서는 내구성이 떨어져 성능이 저하되는 단점이 있다.
대기 중 이산화탄소 잡는 신기술
한국에너지기술연구원(이하 에너지연) CCS연구단 박영철 박사팀이 자체 개발한 건식흡수제를 이용해 대기 중 이산화탄소를 고농도로 회수하는 데 성공했다. 아울러 대기 중 이산화탄소를 하루 1㎏ 이상 회수하는 실증에도 성공해 상용화에 한 발짝 다가섰다.
연구팀은 기존 흡수제의 고온 환경에서 내구성 저하를 해결하기 위해 세계 최초 입자 형태의 폴리에틸렌이민(PEI)기반 건식흡수제(SMKIER-1)를 자체 개발했다.
기존 흡수제는 이산화탄소를 강하게 흡수하는 아민과 이를 잡아주는 실리카 지지체로 구성된다. 그러나 아민과 이산화탄소와의 결합력이 강해 이를 다시 떼어내려면 많은 열에너지가 필요하고, 이 과정에서 내열성이 낮은 아민이 손상되며 성능저하가 발생한다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 아민에 고리화합물 형태 첨가제를 추가했다.
추가된 첨가제는 이산화탄소와의 결합력을 낮추면서도 아민을 보호하는 역할을 함께 수행해 열로 인한 손상을 막아준다.
이를 통해 이산화탄소 흡수와 회수에 필요한 에너지는 줄이고 100℃ 이상 고온 환경에서도 안정적으로 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있게 됐다.
연구팀은 이를 공정에 적용해 350시간 이상 연속운전 실증을 진행한 결과 하루 이산화탄소 1㎏을 96.5%의 고순도로 회수하는데 성공했다.
포집된 이산화탄소의 순도가 높을수록 압축⋅액화에 들어가는 비용이 줄고, 이산화탄소 재활용에도 유리하다.
연구팀은 올해 중 이산화탄소를 하루 10㎏ 포집할 수 있는 공정 실증을 진행하고, 향후 200㎏급으로 규모를 확대해 2030년 상용화를 목표로 후속 연구를 진행할 계획이다.
이 기술이 환성되면 2035년까지 연간 1000톤 이상의 이산화탄소를 포집할 수 있는 실증 설비를 구축할 수 있을 것으로 기대된다.
박 박사는 “이번 연구는 우리나라가 궁극적으로 연간 수백만 톤의 이산화탄소를 줄일 수 있는 기술의 첫발을 내디딘 것”이라며 “이를 통해 탄소중립을 목표로 하는 글로벌 노력에 중요한 기여를 할 것”이라고 밝혔다.
한편, 우리나라는 탄소중립 실현을 위해 ‘2050 장기저탄소발전전략(LEDS)’과 ‘2030 국가온실가스감축목표(NDC)’를 통해 연간 8460만 톤의 이산화탄소 감축 목표를 설정하고, 이 중 DAC 기술로 740만 톤을 감축할 계획이다.
