탄소 포집 기술 및 CO2를 유용한 것으로 변환

탄소 포집 기술은 기후 변화에 대처하는 데 도움이 되는 새로운 발전이 개발되면서 한동안 주변에 있었다. 탄소 포집 및 저장은 기존의 발전 및 산업 생산 공정을 통해 생성된 CO2의 방출을 방지하고 CO2를 지하 저장소에 저장하도록 설계된 기술의 조합이다. 그러나 최근 발견으로 CO2를 포집하여 기후 변화를 해결하면서 가치 있는 제품으로 만들 수 있다.

 

 

1. 기존 탄소 포집 기술

CO2 포집 기술은 환경에서 배출되는 CO2를 분리하고 적절한 저장 위치에 저장하기 위해 압축한다. 압축된 CO2는 파이프라인을 통해 또는 전통적인 운송 방법을 통해 운송될 수 있다. 포집된 CO2는 버려진 유전 및 가스전, 깊은 염분 지층, 더 이상 채광할 수 없는 탄층에 저장할 수 있다. CO2가 필요한 주된 이유는 산업 및 발전에서 발생하는 배출량을 줄이는 것이다. 그러면 화석 연료 사용이 당분간 계속되면서 CO2 배출량이 크게 감소할 수 있다. 현재 CO2의 포집, 운송 및 지질학적 저장에 여러 기술이 사용되고 있다. 일반적으로 "캡처 기술"이라고 하며 대상 산업에 따라 세 가지 범주로 그룹화할 수 있다. 이러한 기술의 개발은 주로 산업 공정에서 일반적으로 배출되는 다른 화합물에서 CO2를 제거하는 효율성에 중점을 두었다.

 

· 연소 후: 연소 후 방법은 화석 연료 또는 기타 탄소 기반 물질의 연소 후에 생성된 가스 스트림에서 CO2를 포집하는 것을 포함한다. 연소 후 분리 공정에는 용매를 사용하여 가스에서 이산화탄소를 분리하고 포집하는 과정이 포함된다. 이 방법의 열역학적 추진력은 일반적으로 15% 미만으로 상대적으로 낮다. 이 기술의 일반적인 응용 분야에는 미분탄 발전소와 천연가스 복합 발전소가 있다.

 

· 사전 연소: 이 프로세스는 연소가 완료되기 전에 화석 연료에서 CO2를 제거한다. 공정의 연료는 증기, 공기 또는 산소와 반응하여 일산화탄소와 수소의 혼합물로 전환된다. 그런 다음 일산화탄소는 CO2로 전환되고 수소에서 분리되어 전력 및/또는 열을 생성하는 데 사용할 수 있다. 이 공정은 연소 후 포집보다 에너지 효율성 측면에서 약간 더 우수하다. 그러나 에너지 수요는 낮지만 설치가 더 복잡하기 때문에 자본 투자가 더 많다.

 

· 순산소 연소: 순산소 연소 과정은 순수한 산소 또는 산소와 재순환 가스의 혼합물을 사용하여 연료를 연소한다. 이것은 주로 수증기와 고농도의 CO2(80%)를 포함하는 굴뚝을 생성한다. 공기의 질소 성분이 가열되지 않기 때문에 연료 소비가 감소하고 더 ​​높은 화염 온도가 가능하다. 그런 다음 가스는 거의 순수한 CO2 흐름을 남기는 수증기를 응축하기 위해 냉각된다.

 

2. 대중 인식 및 환경 영향

모든 새로운 기술에는 초기 단계의 규제 불확실성뿐만 아니라 항상 일부 대중의 우려가 있다. 탄소 포집 기술의 주요 관심사는 CO2의 저장과 이로 인해 발생할 수 있는 잠재적인 환경 영향이다. CO2의 해양 저장을 수용하기 위해 최근에 국제 입법 조항이 수정되었지만 저장 책임, 모니터링 책임 및 CO2 운송과 관련하여 많은 우려가 남아 있다. 세계의 특정 지역에서는 일반적인 프레임워크가 채택되었지만 미국과 같은 다른 지역에서는 여전히 논의가 진행 중이다. 과학자들에 따르면 이것은 부분적으로는 기술에 대한 혼합된 여론 때문이며 일반적인 인식 부족과 관련이 있다고 믿어진다. 실제로 CO2 저장 프로젝트가 계획된 여러 커뮤니티에서 지역 이해 관계자가 위험에 대해 우려를 표시하여 시위로 이어졌다.

 

탄소 포집 기술과 저장은 잠재적으로 산업 시설에서 생성되는 CO2 배출을 상당히 줄일 수 있지만, 운송 파이프라인이나 저장 장소에서 발생할 수 있는 누출로 인해 여전히 환경에 위험을 초래한다. 파이프라인에서 누출되는 CO2는 천연가스 누출과 유사한 위험을 수반하지만 CO2는 가연성이 아니다. 또한 독성은 없지만, 공기 중 농도가 충분히 높아지면 질식할 수 있다. 따라서 여러 국가에서 CO2의 운송 및 영구 저장에 대한 규제 표준을 수립했다. 부정적인 환경 영향은 CO2를 화학적으로 포집하기 위한 용매 사용과 포집 장치를 작동하는 데 필요한 에너지 패널티와 관련된 독성 영향과 관련될 수 있다.

 

3. 새로운 발견

신시내티 대학교(University of Cincinnati)의 엔지니어들은 산업 분야에서 보다 경제적으로 실행 가능한 프로세스를 만들 수 있는 유망한 새로운 CO2 변환 절차를 개발했다. 이 방법은 화학 및 발전소의 배출물을 새로운 재료를 생성하는 데 사용할 수 있는 유용한 부산물로 변환하는 전기화학 시스템을 포함한다. 2단계 캐스케이드 반응을 활용하는 이 새로운 기술은 이산화탄소를 먼저 일산화탄소로 변환한 다음 에틸렌으로 변환한다. 에틸렌은 '세계에서 가장 중요한 화학물질'1로 불리는 중요한 공업용 유기화학물질이다. 물병에서 PVC 파이프 및 직물에 이르기까지 다양한 플라스틱 생산에 사용되어 산화에틸렌, 플라스틱용 폴리에틸렌, 알코올, 타이어 및 단열재에서 발견되는 고무까지 제조한다.

 

2단계 전환 공정을 사용하는 것의 의의는 전극 구조가 단순하여 다양한 반응에 적용할 수 있는 공정에서 에틸렌 선택성을 높이고 생산성을 높일 수 있다는 점이다. 미래에는 이 기술을 사용하여 탄소 배출을 줄이는 동시에 업계에 이익을 창출하여 현재 탄소 포집 공정의 주요 단점 중 하나를 제거할 수 있다. 그러나 구리를 사용하는 현재 공정은 에틸렌에서 생산하는 것보다 더 많은 에너지를 필요로 한다. 공정을 개선하는 데 큰 진전이 있었지만 구리보다 우수한 촉매가 경제적 문제를 해결할 가능성이 있지만 여전히 더 많은 작업이 수행되어야 한다.

 

이 기사를 통해 탄소 포집 및 저장 기술의 발전이 탄소 저감 목표를 달성하는데 있어서 핵심 기술이라는 것을 알게 되었다. 앞으로 탄소 포집 기술의 동향에 관심을 가지는 것이 좋을 것 같다.

 

출처 : https://blog.labtag.com/carbon-capture-technology-converting-co2-into-something-useful/