중국에서 탄소포집저장(CCS)기술은 에너지절감기술, 에너지효율기술, 신에너지기술과 함께 국가 ‘12.5규획’(2011-2015년)에 편입되었다. 당면과제는 CCS의 상용화다.

세계 이산화탄소 배출량의 지속적인 증가와 세계 각국 탄소세 징수압력의 형성에 의해 CCS기술은 탄소배출 저감의 비축기술로서 그 상용화가 기술진보와 원가절감의 작용으로 가속 페달을 밟고 있다.

화중과기대학 정추광(郑楚光) 교수는 <과학시보> 기자 취재 시 “CCS기술은 미래 기술이 아니며, 그 상용화 운영이 코앞에 다가왔다.”라고 지적했다.

1. 갈수록 중요해지고 있는 CCS

탄소배출 저감에는 세 가지 경로가 있다. 첫째, 에너지구조를 변화시키고, 신에너지, 특히 신재생에너지를 발전시키는 것이다. 둘째, 에너지 이용률을 향상시키는 에너지절감과 오염물방출감소이다. 셋째, 화석에너지로 배출되는 이산화탄소를 회수하고 저장 및 격리시키는 CCS이다.

정추광 교수는 중국이 오염물 방출감소를 위한 전략과 조치에서 에너지절감/오염물 방출감소를 집중적으로 추진하고, 신에너지 발전에 지속적으로 나서는 한편, 화석에너지, 특히 석탄의 이산화탄소 배출 저감에 더욱 큰 관심을 기울여야 한다고 주장했다. 신재생에너지의 에너지 밀도가 화석에너지보다 낮고, 실제 탄소배출 저감은 단기간 내에 공간적인 제한을 받기 때문에 기본적인 대체를 실현하기 힘들다는 지적이다. 따라서 에너지효율 향상과 에너지구조 고도화를 지속적으로 추진하는 한편 탄소포집저장을 강제적인 탄소배출저감에 대응하는 중요한 발전방향으로 간주해야 한다.

현재 CCS 가운데 이산화탄소 포집방식에는 주로 세 가지가 있다. 즉 연소 전 포집, 산소부화 연소(oxygen-enriched combustion), 연소 후 포집이다.

(1) 연소 전 포집
연소 전 포집은 IGCC(석탄가스화복합발전)시스템에 주로 적용된다. 이 기술은 포집시스템이 작고 에너지소비가 적으며 효율 및 오염물질 제어분야에서 큰 잠재력이 있지만 투자비용 및 기존 발전장비와의 접목에는 문제가 있다. IGCC기술은 신설 발전소에만 적용된다.

(2) 연소 후 포집
연소 후 포집이란 연소로 배출되는 연기 속에서 이산화탄소를 포집하는 것을 말한다. 에너지소비와 설비의 콤팩트성 분야에서 잠재력을 지니고 있으며 이미 상용화를 실현했지만, 원가절감과 대규모 배출저감의 문제에 직면해있다.

(3) 산소부화 연소
산소부화 연소는 석탄화력발전소의 기술 프로세스가 대체적으로 변하지 않는 상황에서 공기 중의 산소와 질소를 분리시키며, 고농도의 산소와 순환하는 부분적인 연기를 혼합한 기체를 직접 활용해 공기를 대체하고, 고농도 이산화탄소부화 연기를 일차적으로 획득하여 처리 및 저장하는 것이다.

2. 산소부화 연소, 신규 붐 조성

산소부화 연소는 저렴한 비용으로 대규모 오염물 배출저감을 실현하는 신형기술이다. 기존의 석탄연소장치에서 산소로 연소공기를 대체하고, 연기순환을 활용해 연료를 수송하고 열을 조절하는 신형 연소방식이다. 이산화탄소의 고농도 부화를 획득할 수 있는 한편, 고효율 탈황/탈질 효과가 있으며, 운영비는 상대적인 우위를 지니고 있다.

산호부화 연소기술은 기존의 동종유형 기술에 비해 설비 투자비용, 발전비용, 이산화탄소 포집비용, 오염물배출 감소비용에서 모두 경쟁력이 강하다. 이산화탄소 자원화 이용 또는 탄소세 징수까지 감안할 경우 우위가 더욱 뚜렷하다.

이밖에 산소부화 연소기술은 기존의 석탄화력발전소 보일러시스템을 바탕으로 기술 성숙도가 높고 경제비용 우위가 뚜렷하며, 제로에 근접한 배출과 규모화 배출저감의 비교우위가 있는 것으로, 21세기 석탄연소기술의 중요한 발전방향이라 할 수 있다.

산소부화 연소기술은 많은 국가들에서 이미 공정 시범건설 준비단계에 진입했으며, 2008-2010년 사이에 전 세계에서 8개의 시범장치가 운영을 개시했다.

3. 중국 내 산소부화 연소기술의 발전현황

해외 일부 대기업은 세계에서 잠재력이 가장 큰 시장인 중국에 눈길을 돌리고 있다. 미국 Air Products사는 중국에서 석탄이 풍부한 산서성에 진입해 산소부화 연소 이산화탄소 정제기술을 산서국제에너지그룹이 건설하는 설비용량이 350MW인 산소부화 연소 발전시범프로젝트에 응용하고, 발전소에 대한 타당성 연구를 했다.

이 시범프로젝트는 산서국제에너지그룹 태원발전소에서 추진하게 되며, 포집한 이산화탄소를 정제한 후 다른 용도로 활용하거나 직접 저장할 예정이다. 미국 에너지부는 중국 국가에너지국과 공동으로 해당 프로젝트를 ‘중미 화석에너지 협력협정 부록2: 청정에너지’에 편입시켰다. 이 협력협정의 취지는 양국간 과학기술 협력이다.

미국 Air Products사는 세계 산소부화 연소기술의 선두수준을 대표하고 있다. 이 기업은 소형 시험에서 산소부화 연소기술을 활용해 포집한 이산화탄소를 정제할 수 있음을 규명했다. 기업은 산서국제에너지그룹에 산소제조와 이산화탄소 정제설비 연구 및 설계 관련 상세한 내용을 제공하고, 또한 두 세트의 장치를 선진국 수준으로 제작할 예정이다.

정추광 교수는 1995년 중국 최초로 산소부화 연소기술에 대한 기초연구를 전개했다. 2007년 중국 최초의 300kW급 산소부화 연소 및 오염물제거 종합실험시스템을 구축하고, 또 중국 내 관련 973계획, 863계획, 국가자연과학기금 중점과제를 주관했다. 현재 정추광 교수 연구진은 국가에너지석탄청정저탄소발전기술연구개발(실험)센터와 무한신에너지연구원에 의존해 중국 최초의 3MW급 산소부화 연소 전반 프로세스 실험시스템을 조만간 구축할 전망이다.

올해 5월 중국은 ‘35MWth 산소부화 연소 탄소포집 핵심기술, 장비 연구개발 및 공정시범’ 국가과기지탱(支撑)계획 프로젝트를 가동했다. 프로젝트는 정추광 교수 주도로 몇몇 산업부서가 참여한다. 프로젝트가 완료된 후 중국은 최초로 연간 10만톤 규모의 이산화탄소 포집 산소부화 연소 보일러시스템을 구축하게 된다.

정추광 교수 연구진의 기술로드맵에 의하면, 2014년 전까지 중국은 연간 10만톤 규모의 CCS시범사업을 수행하고, 산소부화 연소와 CCUS 간 결합을 실현하여 공기분리-압축-발전시스템을 최적화할 계획이며, 2020년 전으로 100만톤급 대형시범운영단계에 진입할 전망이다.

CCS 산소부화 연소기술은 EOR 및 EGR과 결부되어 중국의 실제 상황에 부합되는 규모화 탄소배출저감과 자원화 이용의 효율적인 경로가 될 전망이다. 따라서 국가가 전략적인 차원에서 석탄연소의 규모화 배출저감과 자원화 이용기술 개발에 큰 관심을 기울여 산업의 규모화 시범사업을 조속히 활성화하고, 중국의 이산화탄소 배출저감사업과 저탄소경제 발전을 추진해야 한다는 주장이 제기되고 있다.

정보출처 : http://roll.sohu.com/20110703/n312313712.shtml