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지선 성
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1 KIC News, Volume 12, No. 1, 기획특집 - 이산화탄소포집기술 연소전 CO 2 포집기술현황및전망 박정훈 백일현 한국에너지기술연구원온실가스연구단 Status and Prospect of Pre-combustion CO 2 Capture Technology Jung Hoon Park and Il Hyun Baek Korea Institute of Energy Research, Green House Gas Research Center, 71-2, Jang-dong, Yuseong-gu, Daejeon, , Korea Abstract: 지구온난화방지및환경보호를위한발전소배출가스규제가강화됨에따라, 공해물질을원천제거한 zero-emission 발전소개발이추진되고있다. 오염원무배출발전의하나인 IGCC 에 CCS 를연계한연소전 CO 2 포집기술은이산화탄소를줄이면서수소를동시에생산할수있으므로, 화석연료경제와수소경제를잇는다리역할을할것으로기대된다. 이에본고에서는연소전 CO 2 포집기술의개요와기술개발현황및향후전망에대해기술하였다. Keywords: CO 2 capture and storage, pre-combustion CO 2 capture, water gas shift reaction, CO 2 separation 1. 서론 1) 지구온난화방지를위한기후변화협약의추진과정을 Figure 1 에나타내었다 년 6 월브라질의리우환경회의에서지구온난화에따른이상기후현상을예방하기위한목적으로 기후변화에관한국제연합기본협약 (UNFCCC: United National Framework Convention on Climate Change) 이채택되었으며, 1994 년 3 월에공식적으로발효되었다. 기후변화협약을이행하기위한당사국총회 (COP, Conference of the Parties) 는 1995 년부터해마다개최하고있으며, 제 3 차당사국총회에서온실가스를사고파는교토메커니즘을도입함으로써실질적으로온실가스를줄이는노력을경주하고있는실정이다. 이는기후변화협약이지구온난화방지를위한환경협약에서경제개념을도입한경제협약으로전환됨을의미하는것이다. 그러나온실가스대량배출국인미국은혁신 주저자 ( pjhoon@kier.re.kr) 적인기술이뒷받침되지않는한선진국에서요구하는감축량을줄일수없기때문에 2001 년 3 월교토의정서불이행을선언하면서, 대량처리가능한기술적대안이선결되어야한다고주장하고있다 년 2 월교토의정서가발효되었으며, 그해 12 월부터이산화탄소포집및저장 (Carbon dioxide Capture and Storage, CCS) 기술에대한 CDM (Clean Development Mechanism) 사업화논의가시작되었다. CCS 기술이 CDM 으로적용될경우전체탄소시장 30 40% 의점유가예상되므로그파급효과는매우크다고할수있다. 더욱이의무부담국가로포함될때입을경제적타격을고려한다면 CCS 기술개발은국가차원의장기적관점에서지속적으로확대추진되어야할것이다. 따라서선진국들은 10 년전부터 CCS 기술개발을지속적으로추진하고있으며, 본기술은기후변화대응뿐만아니라차세대성장동력원으로활용될수있어장기적으로육성될필요가있다. 본기고에서는 CCS 기술에대한기

4 공업화학전망, 제 12 권제 1 호, 2009 Figure 1. 기후변화협약과 CCS 추진과정. Figure 2. 대기중 CO 2 농도저감을위한방법 [1]. 술적개요를간략히정리하고, CCS 기술중에가장미래기술로평가되는연소전 CO 2 포집기술의개요, 기술개발동향및향후전망에대하여살펴보고자한다. 2. 이산화탄소포집및저장기술 기후변화를방지하기위한대안으로여러기술의조합이시도되고있으며, 대기중온실가스농도를안정화시켜기후변화를방지하기위하여 Figure 2 와같이 7 개의 wedge 당 2055 년까지연간 10 억탄소 ton 의온실가스를제거할수있는기술개발이요구된다 [1].

국가별로적절한기술을개발하고있는실정이다. 온실가스를경감을위해다양한기술적포트폴리오가적용되고있으나최근에제어가능한대용량처리기술로 CO 2 를포집하여저장하는 CCS 기술이대두되고있다. 즉신재생에너지기술의경우낮은에너지밀도및이용율에따라보급률대비에너지원으로써의활용도는매우낮기때문에 CO 2 를줄이기위한가장적극적인방법으로 CCS 기술개발이추진되고있는것이다.

2 4 공업화학전망, 제 12 권제 1 호, 2009 Figure 1. 기후변화협약과 CCS 추진과정. Figure 2. 대기중 CO 2 농도저감을위한방법 [1]. 술적개요를간략히정리하고, CCS 기술중에가장미래기술로평가되는연소전 CO 2 포집기술의개요, 기술개발동향및향후전망에대하여살펴보고자한다. 2. 이산화탄소포집및저장기술 기후변화를방지하기위한대안으로여러기술의조합이시도되고있으며, 대기중온실가스농도를안정화시켜기후변화를방지하기위하여 Figure 2 와같이 7 개의 wedge 당 2055 년까지연간 10 억탄소 ton 의온실가스를제거할수있는기술개발이요구된다 [1]. 각 wedge 당적용가능기술로는 Renewable electricity & fuels, Energy efficiency & conservation, Forests & Soils, Fuels switch, Carbon Capture & Storage (CCS), Nuclear Fission, Natural sinks 등이거론되고있으며, 국가별로적절한기술을개발하고있는실정이다. 온실가스를경감을위해다양한기술적포트폴리오가적용되고있으나최근에제어가능한대용량처리기술로 CO 2 를포집하여저장하는 CCS 기술이대두되고있다. 즉신재생에너지기술의경우낮은에너지밀도및이용율에따라보급률대비에너지원으로써의활용도는매우낮기때문에 CO 2 를줄이기위한가장적극적인방법으로 CCS 기술개발이추진되고있는것이다. CCS 기술은대용량이산화탄소배출원으로부터 CO 2 를포집한후저장소까지수송하여격리시키기위해저장하는기술 (Figure 3(a)) 로서발전소적용포집기

KIC News, Volume 12, No. 1, 2009 5 (a) (b) Figure 3. CCS 기술개요 (a) 및발전적용 CCS 포집기술 (b)[2]. 술의경우연소후포집, 연소전포집및산소연소 CO 2 포집기술로크게구분될수있다 (Figure 3(b)).

3 KIC News, Volume 12, No. 1, (a) (b) Figure 3. CCS 기술개요 (a) 및발전적용 CCS 포집기술 (b)[2]. 술의경우연소후포집, 연소전포집및산소연소 CO 2 포집기술로크게구분될수있다 (Figure 3(b)). IEA 의보고서에따르면 2050 년소비에너지의 70% 이상은화석연료이며특히고유가및석유고갈에따라석탄의비중이증가할것으로예상되기때문에 [3] 현단계에서화석연료의사용을지속하면서경제를발전시키기위 한유일한대안은화석연료사용시발생하는 CO 2 를포집하여저장하는방법뿐이다 년 IEA 에서발표한대기중 CO 2 를줄이기위한시나리오 (MAP Scenario[4]) 결과에서도 CCS 기술은산업과발전부문에서이산화탄소를 20% 이상줄일수있는기술로평가되고있어, 전세계적으로 CCS 기술개발이추진되고있다. Figure 4 에전세계적으로수행되고있는

4 6 공업화학전망, 제 12 권제 1 호, 2009 Figure 4. 전세계적으로수행중인 CO 2 포집프로젝트현황 [5]. 이산화탄소포집프로젝트현황을정리하였다. 연소후포집기술은연소공정을거친후발생한배가스내포함되어있는이산화탄소와질소에서이산화탄소를분리하는기술로서연소후포집은대기압, 저온에서운전이가능하며상대적으로상용화에가장근접해있다는장점이있으나, 재생에너지비용이과다한문제를해결해야하며포집에앞서서불순물인먼지, SO x, NO x 등을제거해야하는단점이있다. 순산소연소포집기술은연소에필요한공기를고순도산소로분리하여연소기에공급함으로써연소효율향상, NO x 제거및연소과정후배출되는가스중이산화탄소의농도를높여포집이용이하도록한기술로서순산소연소에따른효율상승과함께순산소연소시배가스내이산화탄소의농도는 80% 이상이됨으로써별도의포집기술적용없이수송및저장이가능하다는장점이있다. 마지막으로연소전포집기술은화석연료를부분산화 ( 가스화 ) 또는개질하여수소와일산화탄소를생산한다음, 수성가스변위반응 (Water-Gas Shift Reaction, WGS) 을거쳐수소와이산화탄소로구성된가스중이산화탄소를포집하는기술로서이산화탄소와수소를분리하는단계에서이산화탄소의농도는 20 40% 이며압력은 2 7 MPa 에이르고, 고온고압운전조건에서이루어지므로설비규모를줄일수있다는장점이있다. 연소후포집기술의경우상용공정이개발되어있는실정인반면, 연소전, 산소연소포집기술의경우실증규모의연구를수행하고있다. 특히연소전의경우수소생산및수소를이용한연료전지발전과도연계되는핵심기술로서미래수소경제인프라의구축을위해지속적인연구가요구된다. 3. 연소전 CO 2 포집기술 연소전 CO 2 포집기술은 Figure 5 에제시된것과같이다양한화석연료를부분산화시켜합성가스 (H 2 +CO) 를제조하고연이어수성가스전이반응을통해수소와이산화탄소로전

KIC News, Volume 12, No. 1, 2009 7 Figure 5. 연소전 CO 2 포집기술개요및적용처. 환한후, 수소또는이산화탄소를분리함으로써연도가스로배출전에 CO 2 를포집하는기술이다.

5 KIC News, Volume 12, No. 1, Figure 5. 연소전 CO 2 포집기술개요및적용처. 환한후, 수소또는이산화탄소를분리함으로써연도가스로배출전에 CO 2 를포집하는기술이다. 또한연소전 CO 2 포집기술은이산화탄소를포집할뿐만아니라수소를생산할수있는기술로서미래수소경제사회로가기위한핵심기술로평가되며, 석유가아닌석탄, 바이오매스및유기폐기물등을원료로이용할수있기때문에석유고갈및고유가를대비한미래발전기술이다. 특히생성물수소의순도가높고불순물함량이낮으면발전용 SOFC 및수송용 PEMFC 에적용될수있기때문에고효율의발전 (60% 이상 ) 과연료전지자동차등이동배출원의 CO 2 저감이가능하여이동원과고정원의이산화탄소배출을동시에억제할수있다. 연소전포집기술의개발을위한요소기술로는가스화후불순물을제거하는정제분야, 합성가스를수소와이산화탄소로전환하는수성가스변위반응분야및생성된수소와이산화탄소를분리하는 H 2 /CO 2 분리분야로크게나눌수있다 정제기술 IGCC 의경우정제수준은가스터빈, SOFC, PEMFC 등발전을위한적용분야및 WGS 반응촉매, CO 2 포집율등반응조건에따라상이하며 SOFC 발전에적용하기위해서는고도정제수준이요구된다. 또한석탄의가스화 과정에서는 CO, H 2 의합성가스외에 CO 2, CH 4, H 2 S, NH 3, N 2, C n H m, Hg 등의여러가지불순물이나오며, 이를줄이는기술이필요하다. 최근에는수은에대한환경규제가강화되어미국의경우 2011 년부터총량규제를실시할예정이고우리나라의경우도 2010 년부터규제를도입할예정이다. 적용분야에따른정제수준을 Table 1 에나타내었다 [6]. 정제분야는흡수제나분리막을이용하여수소 / 이산화탄소를분리하는공정개발시 WGS 촉매를어떤것으로쓰는것이좋은지, 조업압력과온도를어떻게유지할것인지를결정하는중요한분야이다. 현재고온의낮은정제수준의 hot gas cleaning (Hot/Dirty End, High temperature water gas shift option) 과저온의높은정제수준을갖는 cold gas cleaning (Cold/Clean End, Low temperature water gas shift option) 의크게두가지선택방향이제시되고있다. 일반적으로 LT WGS 반응이라하더라도 200 이상의온도가필요하기때문에전체공정개발시적절한열교환을통해최적공정을개발해야한다 수성가스변위 (WGS: Water Gas Shift) 기술석탄가스화공정으로부터생산된주요가스성분으로는 30~45% 의 H 2, 35~55% 의 CO, 그리고 5~20% 의 CO 2 가있으며, CO 2 분리및

6 8 공업화학전망, 제 12 권제 1 호, 2009 Table 1. 적용분야에따른정제수준 Contaminant Gas Turbine SOFC PEM Fuel Cells Total non particulates Not available Not available 100 ppm Total sulfur (H 2S, COS, etc.) 750 ppmv fuel gas 20 ppmv for SCR 1) 60 ppbv 4 ppbv S Total halides (Cl, F, Br) 5 ppmv fuel gas 100 ppbv 50 ppb Total fuel-nitrogen (NH 3, HCN) Total alkali metals (Na, K, Li vapor and solid phases) Volatile Metals Fuel bound nitrogen ppmv Not Available 0.1 ppmv NH ppbv fuel gas Not Available Not Available 20 ppbw Pb 10 ppbw V 40 ppbw Ca 40 ppbw Mg 5 ppbv As 0.2 ppmv Se 30 ppbv Cd Not Available Water Not Available Not Available 5 ppm Total hydrocarbons Not Available Not Available 2 ppm Oxygen Not Available Not Available 5 ppm Carbon dioxide Not Available Not Available 1 ppm Carbon monoxide Not Available Not Available 0.2 ppm Formaldehyde Not Available Not Available 0.01 ppm Formic acid Not Available Not Available 0.2 ppm Particulates 1) SCR : selective catalytic reduction 0.1~0.5 ppmw fuel gas Not Available 1 µg/l H 2 < 10 µm diameter 수소생산공정에서는수소와이산화탄소의수율을높이기위해수증기 (H 2 O) 주입을통한수성가스변위 (WGS, H 2 O + CO H 2 + CO 2 ) 반응을수행한다. 미국등의선진국에서는수소생산수율을높이고반응속도를빠르게하는 Advanced WGS 기술개발을위해 Lab. 및 Bench Scale 의연구가진행중이며, 촉매 (Cu/Zn, Cu/Zn/Al, Fe/Cr 등 ) 의활성도를장시간유지하면서수소분리시스템과의연계혹은통합이가능한반응시스템을개발하고있다. Hydrogen from coal 프로그램에서제시한 WGS 관련기술개발목표및 WGS 상용촉매성능은 Table 2 와 Table 3 에제시하였다 [6] H 2 /CO 2 분리기술수성가스변위반응으로부터생산된수소와 CO 2 및기타생성가스혼합물로부터 CO 2 혹은수소를분리하는기술로서, 대규모분리기술로는물리용매, 화학용매와이들의혼합용매가사용되고있으며, 소규모산업공정에서는 PSA (Pressure Swing Adsorption) 와심냉법이사용되고있다. 연소전 CO 2 포집기술에사용되는현재기술은 Selexol 이며이보다 CO 2 포집비용이낮은신기술에대한연구개발이진행되고있다. 이와같은기술로는습식 건식흡수기술, 막분리, 이온액체, MOF, CO 2 하이드레이트등이있다. PSA 공정과 Selexol, Rectisol 등의물리흡수제를이용한공정이상용화되어있으나습식공정의경우낮은온도가요구되어열효율

7 KIC News, Volume 12, No. 1, Table 2. WGS 관련기술개발목표 Performance Criteria Units Current Status Reactor Type - Multiple fixed beds Advanced configurations Catalyst Form - Pellets Advanced configurations Active Metal - Cu/Zn, Fe/Cr, Co/Mo Advanced configurations Feed Temperature 200~300 > 250 > 400 Feed Pressure psia 450~1150 > 450 > 750 Approach to Equilibrium 8~10 < 6 < 4 Min. Steam/CO Ratio Molar 2.6 < 2.6 < 2 Sulfur Tolerance ppmv Varies > 20 > 100 COS Conversion - Varies Partial Total Chloride Tolerance ppmv Varies > 3 > 100 Stability/Durability Years 3~7 > 7 > 10 Catalyst Cost $/lb ~5 < 5 < 5 이낮고, 두공정모두가스재생이필요하여재생열에따른에너지소비가높은단점이있다. 반면에분리막을이용한 H 2 분리공정의경우 IGCC 의고압을이용하여단일반응기로조업되기때문에에너지효율이높고, 공정비용이감소되며특히수성가스전이반응과연계한반응분리동시공정구성시 10% 이상의전화율상승이기대된다. 이와함께흡수제를이용한반응분리동시공정의경우도수성가스전이반응과동시공정으로전화율상승을유도할수있으며재생시고농도의 CO 2 만을얻을수있어 CO 2 포집공정으로적용가능하다 [6]. 현재까지는흡수제와분리막기술이경쟁하는수준이나최근에 Green House Gas Technology 국제학회에서 NETL 이발표한자료 [7] 를보면분리막을활용한 H 2 /CO 2 분리기술을 IGCC 와연계한연소전 CO 2 포집의미래기술로간주하고있으며, 반응분리동시공정으로개발된다면단일반응기로높은전화율을얻고동시에공정비용을낮출수있을것으로보고하고있다. 4. 기술개발현황및전망 4.1. 국내외기술개발현황지구온난화및환경에대한관심증가로발전소배출가스에대한기준이강화되고있으며, 그일환으로공해물질을원천제거한발전소개발이추진되어미국 (FutureGen), 일본 (Eagle project), EU (HypoGen), 호주 (ZeroGen), 중국 (GreenGen) 등이소위 zero-emission plant( 오염무배출발전소 ) 를개발중이다. 오염무배출발전의경우 CO 2 포집에따른발전효율저하를막기위해가장낮은효율감소를보이는 IGCC 에서 CO 2 를포집하는연구가활발히추진중이다. IGCC 공정에서 CO 2 를포집할때얻어지는수소를 1990 년대까지는주로터빈발전용으로사용하였으나최근에는고유가를대비하기위한수송용연료 (GTL, Gas to Liquid), 고효율을얻기위한 SOFC 발전및수송용 CO 2 저감을위한연료전지자동차 (PEMFC) 등으로수소의적용범위가확대되고있다.

8 10 공업화학전망, 제 12 권제 1 호, 2009 Table 3. WGS 상용촉매의온도별성능비교 Performance Criteria Units Low/Medium Temperature Shift High Temperature Shift Sour Gas Shift Catalyst Form - Pellets Pellets Pellets Active Metals - Cu/Zn & Cu/Zn/Al Fe/Cr Co/Mo Reactor Type - Multiple fixed beds (last bed) Multiple fixed beds Multiple fixed beds Temperature 1) 200~270/ ~ ~550 Pressure psia ~ ~750 ~1100 CO in Feed - Low Moderate to high High Residual CO % 0.1~ ~8 0.8~1.6 Approach to Equilibrium 8~10 8~10 8~10 Min Steam/CO Ratio molar Sulfur Tolerance ppmv < 0.1 < 100 > 100 2) COS Conversion - No No Yes Chloride Tolerance - Low Moderate Moderate Stability/Durability years 3~5 5~7 2~7 1) Lower temperature limit is set by water dew point at pressure. 2) Sulfur is required in the feed gas to maintain catalyst activity. Figure 6은전세계적으로추진하고있는연소전, 연소후, 산소연소 CO 2 포집공정개발현황을보여준다. 연소전의경우호주의 Zero Gen프로젝트는 2단계사업을통해석탄으로부터약 200 MW급발전실증을목표로삼고있으며, 미국의 FutureGen 은 2015년까지 275 MW 급석탄가스화플랜트건설및운전을목표하고있다. 또한중국의경우도 GreenGen 프로젝트를통해 200 MW 급석탄 IGCC 및 CO 2 지중저장연구를추진하고있고유럽의경우는 Figure 6에는표시되어있지않지만 EU를중심으로 Zero Emission Plant (ZEP) 프로젝트를수행하고있다. 본절에서는연소전 CO 2 포집에대한대표적인기술개발프로젝트에대해간단히정리하고자한다 미국미국의연소전 CO 2 포집기술연구는 IGCC 적용무배출발전소개발인 FutureGen" 프로젝트와 Hydrogen from Coal" 프로그램을통해수행되고있으며, Figure 7 은미국의 IGCC CO 2 포집기술적용수소생산및활용에대한내용을정리한것이다. FutureGen 프로젝트는 DOE 지원금을포함하여 10 억불을투입하고, 이와함께한국, 인도, 중국, 일본, 호주등이정부간운영위원회를구성하여연구를수행하는국제프로젝트로서, 2016 년까지배출된 CO 2 의 90% 를포집하여최소연간 1 Mton 을저장하는것을목표로하고있다 EU 유럽의경우는 2020 년까지 CO 2 배출이없는화석연료사용발전소를개발하고자하고있으며 HypoGen 프로젝트에이어 2007 년출범한 FP7 신규프로그램을통해 ZEP (Zero Emission Plant) 개발을추진중이다. 한기당 2 억 5 천유로를들어 개수준의플랜트를실증하는연구를수행할예정이며, 구체적인프로젝트로드맵은 Figure 8 과같고연소전 CO 2 포집실증연구현황은 Table 4 와같다.

KIC News, Volume 12, No. 1, 2009 11 Innovative Energy Technology 프로그램과구체적인 IGCC 및 IGFC 로드맵을 Figure 9 에나타내었다. Figure 6. 국외기술개발단계및현황. 4.1.3. 일본일본의경우는 Eagle 프로젝트를통해 IGFC 적용수소생산연구를추진중이다.

특이한것은연소전 CCS 기술과별도로 IGCC/IGFC 고효율발전기술을개발하고있으며분리막을적용하여 CCS 기술과접목한 65% 효율을갖는 near zero emission plant 를 2025 년까지개발하고자하고있다. Cool Earth 4.

9 KIC News, Volume 12, No. 1, Innovative Energy Technology 프로그램과구체적인 IGCC 및 IGFC 로드맵을 Figure 9 에나타내었다. Figure 6. 국외기술개발단계및현황 일본일본의경우는 Eagle 프로젝트를통해 IGFC 적용수소생산연구를추진중이다 년부터 2006 년까지 AIST 를중심으로화학흡수기술을적용한 150 ton- coal/day 규모의 IGCC/ IGFC 기술개발을수행완료하였으며, 2008 년수립된 Cool earth 프로그램을통해 CCS 와고효율발전시스템개발을중점추진할예정이다. 특이한것은연소전 CCS 기술과별도로 IGCC/IGFC 고효율발전기술을개발하고있으며분리막을적용하여 CCS 기술과접목한 65% 효율을갖는 near zero emission plant 를 2025 년까지개발하고자하고있다. Cool Earth 국내국내에서의 CO 2 포집에관련된연구는주로연소후, 연소전, 산소연소포집기술개발이추진되고있으며, 각기술개발은단계별특성과적용분야별로구분하여지식경제부, 교육과학기술부등에서추진중에있다. 국내에서수행중인연소전 CO 2 포집기술현황을정리하여 Table 5 에나타내었다. 국내에서는 2008 년에흡수제와분리막을이용한연소전 CO 2 포집기술개발중점사업단이새로출범하여연구를추진하고있는실정이다 연소전 CO 2 포집기술의향후전망전세계적으로 CO 2 대량배출원으로부터 CO 2 를포집하기위한 CCS 기술개발을수행하고있으며, 향후 CCS 기술의 CDM 사업채택이확실시됨에따라 CCS 기술이미래신산업창출모델로부상하고있다. 또한 2006 년세계탄소시장규모는 300 억달러규모로전년대비 2.8 배성장하였으며, 2010 년에는 1500 억달러로 2006 년대비 5 배성장할전망이다 [8]. 최근 Figure 7. 미국의 IGCC CO 2 포집기술적용수소생산및활용 [6].

12 공업화학전망, 제 12 권제 1 호, 2009 Figure 8. EU 의 Zero Emission Plant (ZEP) 프로젝트로드맵. Table 4. 유럽의연소전 CO 2 포집실증프로젝트 프로젝트 파트너 나라 연료형태 규모 (MW) 포집 CO 2 (Mt/y) MARITSA - 불가리아 갈탄 650 3.

10 12 공업화학전망, 제 12 권제 1 호, 2009 Figure 8. EU 의 Zero Emission Plant (ZEP) 프로젝트로드맵. Table 4. 유럽의연소전 CO 2 포집실증프로젝트 프로젝트 파트너 나라 연료형태 규모 (MW) 포집 CO 2 (Mt/y) MARITSA - 불가리아 갈탄 HUERTH RWE RWE 독일 갈탄 Eemshaven Nuon Nuon 네덜란드 석탄, 바이오매스 1, Rotterdam CGEN CGEN NV 네덜란드 석탄, 바이오매스 Rotterdam Essent Essent 네덜란드 석탄, 바이오매스 1,000 4 Kedzierzyn PKE PKE/ZAK 폴란드 석탄 Killingholme E. ON E. ON UK 영국 석탄 Hatfield P. Fuel Pwr Powerfuel 영국 석탄 Teesside Prog. EN Progressive Energy 영국 석탄, petcoke DRYM Prog. EN CO 2 STORE 영국 석탄 국가별기후변화대응연구는자국의기술수준과인프라를바탕으로추진하고자하는경향이뚜렷하지만, 공해물질및환경에대한공공의인식이증가하고있기때문에공해물질을원천적으로제거한오염무배출발전 (zero emission plant) 으로향후시장이확대될것은자명하다. 더구나석탄, 석유와같은화석연료의의존성을줄이기위해수소경제로가는것이미래기술발전방향이라면, 이산화탄소를줄이면서수소를동시에생산할수있는연소전 CO 2 포집기술개발이화석연료경제와수소경제를잇는다리역할을할것으로기대된다. 그렇다면연소전 CO 2 포집기술의세부요소기술개발은어떻게발전할것인가? 이답은정제기술, 연료전지발전, 연료전지자동차등여러주변기술의개발에따라변동될수있을것이다. 하지만주변기술의개발과상관없이가스화를통해얻은고온의열원과압력을효율적으로활용할수있는방향으로기술개발이되어야하고, 그렇게되어야만다른기후변화대응기술과경쟁하여경제성을가질수있다. 이는 Table 6 의기술개발프로젝트현황을살펴보면더명확히알수있다. Table 6 에서보여지듯이고압의압력을활용하기위해분리막

KIC News, Volume 12, No. 1, 2009 13 Figure 9. 일본의 Cool Earth-Innovative Energy Technology 및 CCS 기술로드맵. Table 5.

11 KIC News, Volume 12, No. 1, Figure 9. 일본의 Cool Earth-Innovative Energy Technology 및 CCS 기술로드맵. Table 5. 국내의연소전 CO 2 포집기술개발현황 과제명지원기관연구기간수행기관연구내용 - 한국형 IGCC 플랜트지경부 - 중고온건식재생 CO 2 흡수제개발 - 연료개질형연소전탈탄소화방법을이용한 CO 2 분리기술개발 - 연소전 CO 2 포집연계석탄발전핵심기술개발 - 청정발전연계분리막을이용한연소전 CO 2 포집기술개발 지경부 교과부 지경부 지경부 ~ ~ ~ ~ ~ KEPRI KEPRI KIER KEPRI KIER MW 급 IGCC 실증플랜트설계및제작 - 가스화기술적용을위한중고온용 CO 2 건식재생흡수제개발 - 수증기개질반응과연계한 SER 반응용 CO 2 건식흡수제개발 - 건식 CO 2 흡수제를이용한연소전 CO 2 분리기술개발 - 분리막을이용한연소전 H 2/CO 2 분리및고효율발전통합공정개발

1 Polygeneration 2 Liquid H 2 carriers 7 SNG production and reforming 2 Storage 2 Utilization 6 TOTAL 38 * Complementary projects are supported by the Gasification and Sequestration Programs.

12 14 공업화학전망, 제 12 권제 1 호, 2009 Table 6. 미국 Hydrogen from Coal 프로그램의연구과제현황 Research Area* Number of Projects Membrane research 6 Module scale-up 1 Membrane reactors & process intensification CO 2 removal 1 Novel sorbent 1 Polishing filters 1 Polygeneration 2 Liquid H 2 carriers 7 SNG production and reforming 2 Storage 2 Utilization 6 TOTAL 38 * Complementary projects are supported by the Gasification and Sequestration Programs. 을활용한연구를활발히추진하고있는것을알수있다. 또한 WGS 전화율을높이기위해반응분리동시공정연구가아울러수행되고있는것을알수있다. 따라서미래연소전 CO 2 포집기술은고압의가스를분리막을이용하여반응분리동시공정으로수소 / 이산화탄소를분리하는방향으로개발될것으로기대된다. 감사 본연구는지식경제부에너지 자원기술개발사업의 분리막을이용한연소전 CO 2 포집기술개발 기획의연구비지원 (2008-E-CD11- P ) 으로수행되었습니다. 참고문헌 1. S. Pacala and R. Socolow, Stabilization Wedges: Solving the Climate Problem for the Next 50 Years with Current 9 Technologies, Science, 305, 968 (2004). 2. K. Thambimuthu, M. Soltanieh, and J. C. Abanades, IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, Cambridge University Press, London (2005). 3. IEA, Prospects for CO 2 Capture and Storage, International Energy Agency, Paris (2004). 4. IEA, Energy Technology Prospects, International Energy Agency, Paris (2006). 5. J. Price, S. McElligott, I. Price, and B. Smith, Carbon Capture and Storage, IEA (2008). 6. NETL, Hydrogen from Coal Program R&DD Plan, DOE (2007). 7. J. J. Marano and J. P. Ciferino, Integration of Gas Separation Membranes with IGCC Identifying the right membrane for the right job, GHGT9 (2008). 8. 김현진, 강희찬, 박준, 탄소시장의부상과비즈니스모델, 삼성경제연구소 (2007). % 저자소개 박정훈 1993 고려대학교화학공학과학사 1996 고려대학교화학공학과석사 2000 고려대학교화학공학과박사 University of Cincinnati Post Doc 현재 한국에너지기술연구원 온실가스연구단선임연구원 백일현 1984 충북대학교화학공학과학사 1987 충북대학교화학공학과석사 1993 충북대학교화학공학과박사 University of Illinois, Post Doc 현재 한국에너지기술연구원 온실가스연구단단장 2008 현재 지경부 연소전 CO 2 포집기술개발사업 사업단장

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<30352DB1E8BCBAC3B62E687770> KIC News, Volume 12, No. 1, 2009 43 기획특집 - 이산화탄소포집기술 순산소연소기술에의한 CO 2 회수기술 엄희문 김성철 한전전력연구원 Oxy-Combustion Technology for CO 2 Capture Hee-Moon Eum and Sung-Chul Kim Korea Electric Power Research Insititute,