사업화 유망기술

[기후대기] 다단식 흡착 방식의 고효율 이산화탄소 건식 포집장치

이산화탄소 건식 포집장치 기술

본 기술은 발전소, 제철소 등에 적용 가능한 이산화탄소 포집장치 기술임

보유기관 : 한국화학연구원       거래조건 : 협의 후 결정

기술개요

본 기술은 배기가스에서 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있는 다단식 흡착 방식의 이산화탄소 건식 포집장치 기술임

특허정보

특허명 특허번호 특허명세서
이산화탄소 포집장치 10-1571966
이산화탄소 포집장치 10-1381443
다중관형 이산화탄소 포집장치 10-1480654
다중관형 이산화탄소 포집장치 10-1509389
이산화탄소 포집장치 및 포집공정 10-2033745

기술완성도

TRL01

기초 이론/
실험

  • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계
TRL02

실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립

  • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL03

연구실 규모의
성능 검증

  • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
  • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
  • 모델링/설계기술 확보
TRL04

연구실 규모의
부품/시스템 성능평가

  • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
  • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL05

시제품 제작/
성능평가

  • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
  • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL06

Pilot 단계 시작품
성능 평가

  • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
  • 시작품 성능평가
TRL07

Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가

  • 시작품의 신뢰성 평가
  • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL08

시작품 인증/
표준화

  • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
    - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL09

사업화

  • 본격적인 양산 및 사업화 단계

기술개요

- 산업분야에서 발생된 이산화탄소가 포함된 배기가스에서 이산화탄소를 선택적으로 분리하기 위한 다단식 흡착 방식의 이산화탄소 건식 포집장치 기술

대표도면

[그림] 본 기술에 따른 기체 및 이온성 액체를 이용한 냉난방장치

기술의 필요성

- 압력 변동 흡착 공정은 작은 규모의 이산화탄소 포집에는 고정층흡수탑을 사용하여 유리하나, 발전소나 대형 연 소로와 같이 배출되는 양이 많은 경우에는 적합하지 않음

- 온도 변동 흡착 개념의 건식 포집공정은 흡수제에 흡수된 이산화탄소를 탈착시키기 위해서 막대한 에너지가 소요 되기 때문에 포집 비용을 증가시키는 요인으로 작용하기 에 적은 에너지로 효과적으로 탈착시킬 수 있는 기술이 필요함

기존기술대비 우수성

- 흡수제를 사용하여 연속으로 이산화탄소를 농축하는 연소 후 건식 포집기술 사용

- 유동층을 적용한 흡수 및 탈착탑으로 구성되어 있기 때문에 대량 배출원으로부터 CO2 포집 가능

- 3개의 다단 (저온, 중온, 고온) 공정으로 각 단은 각각 다른 온도에서 작동하며 단 간 열 교환을 통해 고효율 저 에너지 이산화탄소 포집 공정 구현이 가능함

기술 구현 내용

본 기술은 온도 변동 흡착 방식의 건식 포집기술을 이용한 이산화탄소 포집장치 기술임

- 건식 CO2 흡수제를 기반으로 CO2 대량 배출원에서 발생하는 CO2를 효율적으로 포집 가능

- 총 3개의 단 (저온, 중온, 고온단)을 포함하며, 각 단은 흡수탑과 재생탑으로 구성되며 이 때 각 반응기는 고속 유동층 반응기로 구성됨

- 각각의 다른 온도에서 작동하는 포집 공정을 다 단 연계하여 높은 온도단의 흡수열을 낮은 온도단의 재생열로 공급함으로써, 궁극적으로 재생 열을 감축하기 위한 기술임

- 흡수탑/탈착탑 내부를 흡수제가 순환하며, 흡수제 간의 열 교환이 이루어져 에너지 절감 가능

- 다발형 또는 판형으로 열 교환부를 구성하여 흡수제 간의 열 교환 효율을 향상시킴

기술동향

- 이산화탄소의 배출량을 감소시키기 위한 노력은 태양 에너지, 풍력 에너지와 같이 화석 연료를 대체할 수 있는 대체 에너지를 개발하려는 방향과, 화석 연료에서 발생된 이산화탄소를 대기 중으로 방출하지 않고 포집하여 저장하려는 방향으로 진행되고 있음

- 이산화탄소를 포집하는 기술은 포집 단계의 적용에 따라서 연소 후 포집, 연소 전 포집, 순산소 포집으로 나눌 수 있으며, 이산화탄소를 포집하는 원리에 따라서 분리막을 사용하여 농축하는 막 포집 기술(membrane separation), 아민 또는 암모니아수 등의 액체 흡수제를 사용하는 액상 포집 기술(liquid phase separation), 알칼리 또는 알칼리 토금속 등과 같은 고체상의 흡수제를 사용하는 건식 포집 기술(solid phase separation)로 구분할 수 있음

시장동향

- 미국의 Skyonic사는 2010년부터 미국 에너지부(DOE)의 지원을 받아 이산화탄소 활용기술을 개발 중임

- 아이슬란드에서는 연간 1800톤 규모의 이산화탄소를 활용, 1300톤 규모의 메탄올을 생산할 수 있는 플랜트를 2012년부터 운전 중임

[그림] CCS와 CCU의 기술 비교

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