ET클러스터 구축을 위한 KIER 상업화 발전방안

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승희 사
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1 1 최신 CCS 기술개발동향 백일현 제 49 회전기의날기념전기설비기술기준워크숍

2 목 차 2 I Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅳ 기후변화대응기술 CCS 기술개요국내 CCS 개발동향국외 CCS 개발동향향후전망

3 I. 기후변화대응기술 3

4 지구온난화현상은? 4 몰디브, 파푸아, 뉴기니등남태평양섬나라침수 기상이변, 사막화, 생태계변화등부정적효과유발 북반구빙산이 1950 년이래로약 10%~15% 감소 북반구의봄과여름의빙산이 1950 년이래로약 10~15% 감소 100 년동안해수면높이가 10~25cm 상승하여남태평향섬나라가물에침수 폭염과폭풍등기상이변및사막화의진행

5 이산화탄소에왜주목하는가? 5

기후변화협약과 CCS 기술 6 CCS 핵심기술개발로차후거대 CDM 시장선점 2011. 11 (COP 17) : CCS의 CDM 채택 2005.

국제배출권거래협회 ) - 2010년 1,500억 $ - 2020년 18,600억불 1997.

6 기후변화협약과 CCS 기술 6 CCS 핵심기술개발로차후거대 CDM 시장선점 (COP 17) : CCS의 CDM 채택 (COP11/MOP1) : CCS의 CDM 사업논의 : 교토의정서공식발효 : 우리나라교토의정서비준 : 미국교토의정서불이행선언기술협약 CCS가 CDM 사업으로채택시 CDM 시장 30-40% 차지예상 * CDM 시장 ( 세계은행, 국제배출권거래협회 ) 년 1,500억 $ 년 18,600억불 : COP3, 교토의정서채택 - 교토메카니즘도입 (CDM, ET, JI) 경제협약 : 기후변화협약발효 (50 개국비준 ) : Rio 환경회의, 기후변화협약채택 환경협약 CCS : Carbon Capture and Storage (CO 2 포집 / 저장 ), CCS 비용중 CO 2 포집이 75-85% 차지

7 지구온난화안정시나리오 7 BAU (Business As Usual) Stabilization Line Ref.: WRE (Wigley, Richels, Edmonds), Nature, (1996)

8 지구온난화대응기술 8

9 이산화탄소저감 / 처리기술 9

에너지전망및 IEA CO 2 시나리오 (2006) 10 화석연료 World total primary energy supply by fuel 출처 :IEA, Energy Technology Perspectives, 2006 Reduction in CO 2 emissions in Map Scenario 출처 :IEA,

10 에너지전망및 IEA CO 2 시나리오 (2006) 10 화석연료 World total primary energy supply by fuel 출처 :IEA, Energy Technology Perspectives, 2006 Reduction in CO 2 emissions in Map Scenario 출처 :IEA, Energy Technology Perspectives, 년소비에너지의 70% 이상이화석연료, 특히석탄의비중이확대수소및신재생에너지기술개발은새로운인프라확충과산업재개편이요구발생한 CO 2 의 20% 를 CCS 기술로제거, 특히발전소, 산업, 저탄소연료화에활용가능현단계에서화석연료의에너지원을활용할수있는대안은 CCS 기술

11 11 이산화탄소저감시나리오 (ETP-2010) Ref: IEA ETP(Energy Technology Perspectives), 2010

12 II. CCS 기술개요 12

13 이산화탄소포집및저장 13

14 CCS 비용 14 화학흡수법이용 CO2 포집시 CCS 비용중 % 차지 화학흡수법시재생에너지가 CO2 포집비용중 75 % 차지 40 ~ 80 US$/tCO 2 2 ~ 6 US$/tCO 2 2 ~ 10 US$/tCO 2

15 미래 CCS 비용 15 CCS 기술실증 : 도입을거치며기술비용감소예상기후변화정책에따른탄소가격상승, CCS 기술도입가격이탄소비용저렴시점도래 2050년까지화석연료가주발전원으로전망됨으로써 CCS의향후수십년간경제성은확보될것으로예측 Ref.: IEA, Technology Roadmap, 2013; 4 th Korea CCS Conference, 2014

지중저장 지표처리 지표저장 화학적방법방법 생물학학적생물학적방법방법 심해저장 용해, 희석저장 지표저장 광합성 효소이용 대수층저장 유전, 가스전저장 비채굴성탄광저장 혈암

16 이산화탄소포집 / 처리기술분류 16 포집처리부문 CO CO 회수 2 포집 연소후회수포집 연소전회수포집 Oxy-Fuel 연소후포집 습식화학흡수 습식물리흡수 건식흡수 ( 흡착 ) 막분리 심냉법 액상흡수 혁신적포집기술 흡착 막분리 하이드레이트 순산소연소, 산소제조 CO CO 회수 2 저장 CO CO 회수 2 전환 해양저장 해양저장 지중저장 지중저장 지표처리 지표저장 화학적방법방법 생물학학적생물학적방법방법 심해저장 용해, 희석저장 지표저장 광합성 효소이용 대수층저장 유전, 가스전저장 비채굴성탄광저장 혈암 (shale) 저장 접촉수소화 전기화학적방법 광화학적방법 직접분해 고분자합성 전환기술 : 대규모 CO 2 처리에부적합 포집기술 : 전체 CO 2 처리비용의 75-85% 차지

17 이산화탄소포집기술분류 17 * CCS : Carbon dioxide Capture and Storage

18 연소후이산화탄소포집 18 개발기술현황 (CO 2 /N 2 ) 화학흡수 : 열을이용재생대표적개발용매 : MEA, MDEA, KS-1,2,3 (hinder amine), Potassium carbonate & catalyst Econamine (diglycolamine) 등 화학흡수법이가장적용가능성높음기타 : Solid Sorbent, Membrane, Cryogenic 기술적용 Post-combustion 미래 기존공정에적용하는기술외에새로운발전설비에활용가능성낮음 분리단가를낮추기위한기술개발 저가의분리기술 ( 신흡수제, 공정단순화등 )

19 대표적화학흡수법의상용화현황 19 Operator Carbon Dioxide Technology North America Chemical Co. Location Capacity (CO 2 tons/day) Fuel Source CO 2 Use Technology Status Lubbock, TX 1200 Gas boiler EOR Dow MEA Shut Trona, CA 800 Coal boiler Mitchell Energy Bridgeport, TX 493 Northeast Energy Associates Gas heaters, engines, turbine Carbonation of brine (soda ash) Kerr-McGee MEA Operational since 1978 EOR Inhibited MEA Shut Bellingham, MA 320 Gas turbines PURPA (food-grade) Fluor Daniel Soda Ash Botswana Sua Pan 300 Coal boiler Applied Energy Systems Sumitomo Chemicals Poteau, OK 200 Chiba, Japan 165 Luzhou Natural Gas China 160 Indo Gulf Fertilizer Co. India 150 N-ReN Southwest Carlsbad, NM 104 Coal boiler (fluidized bed) Gas boilers plus oil/coal boiler NH 3 plant reformer exhaust NH 3 plant reformer exhaust Gas boiler plus NH3 reformer exhaust Carbonation of brine (soda ash) PURPA (food-grade) Food-grade Kerr-McGee MEA Kerr-McGee MEA Fluor Daniel Operational since 1991 Operational since 1991 Operational since 1991 Operational since 1994 Urea Dow MEA No Information Urea EOR Dow MEA Retrofit to Dow MEA MHI Indonesia LNG Gas boiler EOR KS-1(AMP) Liquid Air Australia Australia 120 Gas boiler Food-grade Dow MEA Operational since 1998 Shut Operational since 2006 Operational since 1985 NOTES: ABB Lummus Crest licensed the Kerr-McGee MEA technology in 1990 Fluor Daniel licensed the Dow MEA technology ECONAMINE FG in 1989 A number of small plants (~6tons CO 2 /day) producing food-grade CO2 exist in the Philippines and other places using Fluor Daniel/Dow MEA technology

연소전이산화탄소포집 20 개발기술현황 (CO 2 /H 2 ) 화학흡수 : 열을이용재생대표적개발용매 : MEA, MDEA, Benfield (Potassium carbonate), Sulphinol (Tetrahydrothiophene 1,1-dioxide, an alkaloamine & water) 물리흡수 : 압력이용흡수 / 재생대표적개발용매 :

20 연소전이산화탄소포집 20 개발기술현황 (CO 2 /H 2 ) 화학흡수 : 열을이용재생대표적개발용매 : MEA, MDEA, Benfield (Potassium carbonate), Sulphinol (Tetrahydrothiophene 1,1-dioxide, an alkaloamine & water) 물리흡수 : 압력이용흡수 / 재생대표적개발용매 : Rectisol (Methanol), Purisol (NMP), Selexol (DMPEG) 주로적용기타 : Membrane, Solid Sorbent Hydrate Pre-combustion 미래기술 수소를이용한 IGCC, IGFC (IGCC+Fuel Cell), IRCC 기술은미래고효율발전기술로활용 차세대적용용 CO 2 분리소재, 수소터빈, 산소제조 (10%), 고온가스정제등기술개발 산소제조비용 : IGCC 생산전력의 10% 소비 (ref : IEA, Energy Technology Analysis, 2004

21 순산소연소이산화탄소포집 21 개발기술현황 (O 2 /N 2 ) 심냉법으로 Distillation 기술대용량에적용가능화학 / 물리흡수법이적용불가기타 : polymer membrane, Zeolite, Activated carbon 등 Solid Sorbents 기존기술현재이분야는현재기술의효율이낮기때문에미래기술방향으로기술개발추진중 Oxyfuel-combustion 미래기술 고농도이산화탄소분리및수송에유리, 효율향상가능기술 산소분리가전체비용의 60% 차지, ITM (Ion transport membrane) 미래기술

22 발전소건설비용및단가 22

23 이산화탄소포집시발전비용 23

24 이산화탄소수송기술 24 파이프직경 vs. 설치비 수송방법 vs. 수송비 파이프직경 vs. 수송비 기술특징 수송기술은개발되어상용화된기술 Pipeline : 비용은도관길이와직경에의존 1~5 USD/tCO 2 /100km 수송선이용 : 먼거리에수송에유리 15~25 USD/t-CO 2 /5,000km

저장기술 - 지중저장 25 개발기술현황대수층저장 (saline aquifer) 지하 800m 이상에기포상저장 100~10,000Gt 저장용량가장잠재량높은부분폐유정 / 가스정 (depleted oil/gas) 폐유정 / 가스정저장, 향후증가 920Gt 저장용량, 안정성이입증저장소는중동에편재,

25 저장기술 - 지중저장 25 개발기술현황대수층저장 (saline aquifer) 지하 800m 이상에기포상저장 100~10,000Gt 저장용량가장잠재량높은부분폐유정 / 가스정 (depleted oil/gas) 폐유정 / 가스정저장, 향후증가 920Gt 저장용량, 안정성이입증저장소는중동에편재, 수송비 폐석탄층 (Unmineable coal seam) CO 2 는석탄표면에흡수, 잠재량불확실, 그분포 / 용량높음 가격경쟁력및기술특징 EOR, EGR, ECBM : CO 2 를주입원유, 가스, 메탄등을생산, 이경우 CCS 기술경쟁력확보 대부분저장소위치는발생원에서멀리위치함, 이경우수송비용이고려필요

26 지중저장 - EOR 26 EOR 기술개발동향 캐나다 : Weyburn 유전에 주간 20 백만톤주입 ( 노스다코타 웨이번유전, 320km) Sonatrach, BP & Statoil : In Salah Algeria 가스전에 04 년부터 17 백만톤주입

27 해양저장 27 해양저장 분사법 : 가스및액체상태로분사, 이동 : 파이프와선박, 격리기간 : 년 심해저장 : 수심 3,000m이상해저면, 격리기간 : 1,000년가량 지중저장 : 최대 1,500m 대수층, 유가스전, 석탄층저장, 격리기간 : 1,000년이상

28 III. 국내 CCS 개발동향 28

CCS 관련그린에너지국가주요정책동향 저탄소녹색성장비전제시 ( 08.8.15 경축사 ) 그린에너지산업육성전략 ( 08.

1) - 탄소저감에너지 (CCS, 원자력 ) 등 17개중점기술 녹색기술연구개발종합대책 ( 09.

29 CCS 관련그린에너지국가주요정책동향 저탄소녹색성장비전제시 ( 경축사 ) 그린에너지산업육성전략 ( 08.9) - 9대중점기술 (CCS, 태양광, 풍력, LED, 전력IT, 수소연료전지, CTL/GTL, 에너지저장 ) 신성장동력비전과발전전략 ( 09.1) - 탄소저감에너지 (CCS, 원자력 ) 등 17개중점기술 녹색기술연구개발종합대책 ( 09.1) - 사후처리기술 (CCS, 폐기물, etc) 등 27개중점녹색기술 CCS 관련국가로드맵작성 ( 09) - 신성장동력, 그린에너지 ( 지경부 ), 녹색기술 / 산업전략 ( 녹색성장위원회 ) 국가 CCS 종합추진계획 ( , 제8차녹색성장위원회보고 ) - 100만톤급포집-수송-저장통합플랜트실증완료 ( 상용화 ), 2020년 - $30/tCO2 이하처리비용달성을위한원천기술개발 (R&D), 2020년 29

국가 CCS 종합추진계획연계사업 30 부처별개발내용 미래부 Korea CCS 2020 사업 9년 ( 11.11-20.

30 국가 CCS 종합추진계획연계사업 30 부처별개발내용 미래부 Korea CCS 2020 사업 9년 ( ) 동안 1,727억투자 산업부에너지자원기술개발사업 4년 ( 10-14) 동안 10MW 포집공정개발 지중저장 ( 10-15) 해수부 해양저장사업 10년 ( )

31 국가 CCS 종합추진계획관련부처별사업 31

32 연소후 CO 2 포집실증 32

33 CCS 국내실증로드맵 - 산업부 33 참조 : 에너지기술 R&D Warehouse, KETEP, 2013

34 CCS 국내실증현황및향후계획 34 참조 : 에너지기술 R&D Warehouse, KETEP, 2013

35 해양지중저장소탐사대상및조사결과 35 참조 : 에너지기술 R&D Warehouse, KETEP, 2013

36 36 CCS 비용저감원천기술개발 -KCCS 2020 사업

37 KCCS 2020 사업 - 기술개발로드맵 37

38 IV. 국외 CCS 개발동향 38

주요국 CCS 개발정책동향 39 국가미국일본 EU 호주노르웨이 기술개발계획 17년상용화를목표로에너지부 (DOE) 산하에 국립탄소포집센터

2) 로 9개기관합동 T/F를구성, 마스터플랜수립중 신에너지산업기술개발기구 (NEDO) 및지구환경산업개발기구 (RITE) 주도,

5) 20년 CCS 상용화, 화력발전소 CO 2 배출량 Zero를목표로 20년까지 6 12개대규모실증사업에 60억불 (USD) 지원계획 *

저장프로젝트추진 ) * 09년국제CCS 연구소설립 (GCCSI, 연간 1천억원투입 ) '96년부터세계최초로대규모 CO 2 지중저장실용화

39 주요국 CCS 개발정책동향 39 국가미국일본 EU 호주노르웨이 기술개발계획 17년상용화를목표로에너지부 (DOE) 산하에 국립탄소포집센터 (NCCC) 설립 ( 09.6) 하고, 09년 150백만불 (USD) 투자 * 오바마대통령지시 ( 10.2) 로 9개기관합동 T/F를구성, 마스터플랜수립중 신에너지산업기술개발기구 (NEDO) 및지구환경산업개발기구 (RITE) 주도, 15년상용화목표로기술개발및실증연구추진 * 29개社가출자한 CCS 전문민간기업 일본CCS조사주식회사 설립 ( 08.5) 20년 CCS 상용화, 화력발전소 CO 2 배출량 Zero를목표로 20년까지 6 12개대규모실증사업에 60억불 (USD) 지원계획 * 영국, 노르웨이등은별도투자계획수립 ( 영국 억불 ) 세계최대석탄수출국으로서 CCS기술을국가전략기술로개발중 (Otway CO 2 저장프로젝트추진 ) * 09년국제CCS 연구소설립 (GCCSI, 연간 1천억원투입 ) '96년부터세계최초로대규모 CO 2 지중저장실용화 (Sleipner: 연간 100만톤, Snohvit: 연간 70만톤 ) * 10년포집과연계한 CCS 실증에 3,500억원투자 (Mongstad 프로젝트 ) 참조 : 국가 CCS 종합추진계획 ( )

40 대형 CCS 실증연구 40 CO 2 포집 : 일본 MHI (KS-1) 0.2Mt CO 2 /year (Maylaysia), 비료공장 / 화학공장적용 CO 2 저장 : 1Mt CO 2 /year (150MW) 규모 Sleipner, In Salah, Weyburn 시사점 : 선진국대형기업들이상용화를위한적극투자

41 20 by 20 프로젝트관련주요정책동향 (1) 2008년 G8 정상회담 (Toyako, Japan) - 20 large-scale CCS projects with deployment by 년 G8 criteria 설정 (L aquila, Italy) - 대규모 CCS 실증프로젝트선정을위한기준안 (criteria) 2010년 G8 정상회담 (Muskoka, Canada) - 20 by 20 을위한중간보고서제출 (CCS project status report) - 한국은 2개프로젝트선정 (Korea-CCS1, CCS2) - G8 기준안부합된프로젝트 (Gorgon project, Australia, 1개 ) [ 선정프로젝트 <Gorgon, Korea-CCS1, CCS2>] 41

42 G8 criteria 기준선정프로젝트 -80 개 (2) 42 [328 개중 80 개선정 <2010>] [80 개선정프로젝트 <2010>] [ 선정프로젝트투자예산 / 개수 ]

43 국외 CCS 주요실증위치와관련연구 43 참조 : 에너지기술 R&D Warehouse, KETEP, 2013

44 유럽의 CO2 저장흐름 44 Ref.: GCCSI, The global status of CCS, 2012

45 EOR project 45 Ref.: GCCSI, The global status of CCS, 2012

46 V. 향후전망 46

향후국내 CCS 실증계획 47 Demo Sites of CO 2 Capture Plants

Amine ( 14, 10 MW) ( 18, 500 MW) KOSPO: Samcheok Solid

47 향후국내 CCS 실증계획 47 Demo Sites of CO 2 Capture Plants Youngdong: Oxy-Fuel Combustion( 17, 100 MW) Taean: IGCC + CCS Solid Sorbent ( 16, 10 MW) ( 20, 300 MW?) Poryung: Adv. Amine ( 14, 10 MW) ( 18, 500 MW) KOSPO: Samcheok Solid Sorbent ( 18, 300 MW) Hadong: Solid Sorbent ( 11 : 0.5 MW, 14 : 10 MW) *` 참조 : 2010 년한국해양과학기술협의회공동학술대회 ( 10.6)

48 CCS 실용화계획 (IEA, ETP 2010) 48

49 미래무탄소에너지이용시대 49 무탄소에너지화 (Carbon free energy) 방법 전기 (Electricity) : 화석연료이용발전 (Post combustion, Pre combustion, Oxyfuel) 수소 (Hydrogen) : 화석연료가스화를통한수소생산 (Pre combustion)

50 감사합니다. 50

+ 발전부문 온실가스 감축 로드맵 내외로 대부분을 차지하고 있으며, 그 다음으로 천연 2 감축 로드맵 수립 원칙 및 방법 가스와 중유 순으로 배출 비중이 높다. 따라서 석탄에 의한 온실가스 배출량을 줄이는 방안을 찾는 것이 발 감축 로드맵은 가장 현실적인 접근을 위해

+ 발전부문 온실가스 감축 로드맵 내외로 대부분을 차지하고 있으며, 그 다음으로 천연 2 감축 로드맵 수립 원칙 및 방법 가스와 중유 순으로 배출 비중이 높다. 따라서 석탄에 의한 온실가스 배출량을 줄이는 방안을 찾는 것이 발 감축 로드맵은 가장 현실적인 접근을 위해 Special Issues ❷ 발전부문 온실가스 감축 로드맵 1 배경 올해 말 프랑스 파리에서 열릴 예정인 기후변화협약 당사국총회는 년 이 후의 전 지구적인 기후변화 대응체제를 만든다는 점에서 주목을 받을 것으로 예 상된다. 우리나라는 2009년 국가 온실가스 배출량을 년까지 온실가스 배출전망 오대균 에너지관리공단 기후대책실장 (BAU) 대비 30% 감축하는