18세기 산업혁명 이래로 대기중 CO2 농도가 급격하게 증가하고 있으며, 2015년경에는 온실가스 관측 이래 처음으로 전 지구적 CO2농도가 400ppm을 상회했다.
이에 따른 지구의 평균기온은 지난 133년간 (1880~2012년) 0.85℃ 상승했으며, 온실가스가 현재 추세대로 배출된다면, 금세기말 2100년경에는 지구 평균기온은 3.7℃, 해수면은 63cm 상승될 것으로 전망된다. 중요한 것은 CO2 농도 400ppm의 상회는 지구온난화에 의한 기후변화의 임계점인 산업혁명시대 이전 대비 2℃ 상승에 대한 심리적 저지선이 무너지는 것을 의미하며, 기상재해로 인한 사회. 경제적 피해는 걷잡을 수 없을 것으로 평가된다는 점이다.
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| ▲대기중평균기온의변화(출처:ZUM학습백과,study.zum.com) |
우리나라도 파리협정 국회 비준동의안 가결 후 UN에 비준서를 기탁했으며, “2030년 국가온실가스감축 기본로드맵”을 통해 2030년 배출전망치(8역5100톤)대비 37%인 3억 1500만 톤을 감축하는 이행방안을 발표했다.
그동안 정부는 CO2 감축안 달성을 위한 다양한 이행방안을 제시해 왔다. 온실가스 저감기술에는 여러 가지가 있으나 그 중 CO2를 포함한 배기가스로부터 CO2를 분리. 포집한 후 저장하는 CCS ( Carbon Capture & Storage)기술이 개발돼 왔다. CO2 저장은 주로 원유 등을 지하에서 채굴하고 CO2를 저장하는 EOR(Enhanced Oil Recovery)기술이 대표적인데 해외의 경우 이미 경제성을 확보한 기술로 알려져 있다.
그러나 우리나라의 경우 포집된 CO2를 포항시 영일만 포항분지의 해저에 저장하고자 했으나 최근 지진 발생빈도가 높아 이를 실행하기에는 어려운 상황이며, 이외에는 저장할 만한 공간이 전무한 실정이다.
따라서 최근에는 CCS공정으로부터 CCU(Carbon Capture&Utilization)로 전환을 모색하고 있는데, 이는 단순히 CO2를 포집할 뿐 아니라 유용한 자원으로 재활용해 고부가의 물질로 전환하는 선순환기술이다. 아직 기술 성숙도는 낮으나 활용 측면에서 많은 장점을 가지고 있어서 활발한 연구가 진행되고 있다.
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| ▲ CCU 기술을 통한 온실가스 저감 기술 개념도 |
또한 산업폐기물 중 제철 슬랙, 폐콘크리트, 폐시멘트, 석탄애시 등에는 Ca2+, Mg2+ 등의 무기 성분이 상당량 함유되어 있는데 이들 무기 양이온을 추출하여 이용하는 광물화 방안이 있다. 이들 폐기물로부터 무기 양이온의 추출 및 원활한 공급이 가능해진다면 폐기물처리와 동시에 CCU가 가능한 광물화 반응원료의 확보가 가능해진다. 이 경우 원료 구입을 위해 추가적으로 소요되는 비용이 없으며 폐기물처리와 재활용을 통한 경제성확보가 동시에 가능하다는 점에서 기후변화에 효과적으로 대응이 가능한 필수기술로 인식되고 있다.
광물화 반응을 통해 CaCO3 등의 탄산염이 생성되는데 이는 시멘트, 제약, 제지, 의약품, 항공우주 산업 등의 분야에 광범위하게 활용되는 고부가 원료로서 분리정제를 통해 고가에 판매가 가능하며, 분리하지 않을 경우에는 순환골재 등의 건설자재로 활용이 가능하다.
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▲ 미국 Calera사 MAPTM 공정 개략도
(출처: 미국 Calera사 홈페이지 http://www.calera.com ) |
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▲ 호주 ALCOA사 Residue Carbonation Plant 현장(출처: ALCOA사 홈페이지)
www.alcoa.com/australia/en/pdf/kwinana_refinery_ltrms_report_2012.pdf |
고등기술연구원은 국토교통해양부의 지원으로 2014년부터 인천공항공사 자원화시설을 통해, 소각재 이용 0.05t-CO2/d급 파일럿을 개발하여 이산화탄소로부터 탄산염을 생산 및 활용하는 연구과제를 성공적으로 완료한 바 있으며,최근에는 국내 발전시설의 탈화석연료 추세에 맞춰 보급이 확대되고 있는 LNG 복합 화력발전이 증가함에 따라 2t-CO2/d급 파일럿 도심형 온실가스 포집기술 개발에 참여하고 있다.
공동연구기관으로 한국지역난방공사, 고려대학교, ㈜에어레인이 참여하고 있는데, 협소한 도심 공간에서 컴팩트한 공정으로 다량의 CO2를 포집할 수 있는, 광물자원화 및 미세조류 전환기술을 융합한 하이브리드형 실증 공정을 개발하는 것이다.
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| ▲ 산업자원부 지원 도심형 이산화탄소 포집 및 탄소자원화 하이브리드 동시처리 공정 개념도 |
광물탄산화 연구분야의 책임자로 참여 중인 고등기술연구원의 최창식 공학박사는 국내 발전사의 대규모 실증설비가 연간 7,000t-CO2를 포집하는 수준에 불과하지만, 소규모 파일럿 장치로서 연간 700t-CO2를 포집할 수 있는 본 기술은 향후 산업계에 미치는 파급효과가 클 것으로 자신하고 있다.
고등기술연구원은 비영리 민간 연구기관으로, 기업, 대학, 출연연구소 등과 함께 매년 100여개 이상의 연구과제 협력을 추진하고 있으며, 개발성과를 활용코자하는 산업계의 기술 수요를 충족하고 특히, 축적된 기술과 노하우를 바탕으로 중소기업의 제품 개발과 생산 전공정에 대한 기술지원 등 수요자 중심의 기술개발을 수행해오고 있어 화제를 낳고 있다.
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| ▲ 고등기술연구원 이산화탄소 광물탄산화 0.05t-CO2/d급 공정개발 파일럿 전경 |
향후에도 고등기술연구원은 산업현장에서 활용할 수 있는 수요자 중심의 실용적 기술 개발과 더불어 지속적 기술 혁신을 통해 사회.경제적 문제를 해결할 수 있는 첨단기술 개발에 적극 매진할 것이라 밝히고 있다.
김효경 기자
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