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이산화탄소로 에너지를 만들다! '탄소자원화 기술'

미국의 에너지 기술 스타트업들이 만든 '탄소자원화 기술' 3가지

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이산화탄소 자체를 에너지로 바꿀 수는 없을까?

지금 전 세계는 이상 기후로 몸살을 앓고 있다. 그래서 대부분의 선진국들은 온실가스 감소와 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 안간힘을 쏟고 있다. 그러나 이런 노력에도 불구하고 매년 이산화탄소 배출량은 사상 최대치를 기록하고 있다. 이산화탄소 감소는 현실적으로 어려운 걸까? 아니면 다른 대안은 없는 걸까?


최근 선진국에서는 이산화탄소 배출을 줄이는 것과 함께 이산화탄소 자체를 에너지로 이용하려는 움직임이 두드러지고 있다. 이른바 '탄소 자원화' 기술로 이산화탄소에서 에너지를 만들어내는 기술을 선보이고 있다.


우선 대기 중에 이산화탄소를 자원화하기 위해서는 일차적으로 이산화탄소를 포집하는 것이다. 지금까지 개발된 이산화탄소 포집 기술은 주로 흡수제, 흡착제, 분리막 등을 이용해 분리하는 방식이 대표적이었다. 그러나 이산화탄소 1톤 당 600달러 이상의 비싼 비용을 지불해야만 했다. 그런데 최근 이 비용을 줄일 수 있는 기술이 개발됐다.

카본엔제니어링의 새로운 이산화탄소 포집 기술

미국 하버트 대학교 데이비드 키스 교수는 새로운 이산화탄소 포집 기술로 비용을 기존대비 1/6로 줄이는 데 성공했다. 키스 교수의 설명에 따르면 순수 이산화탄소 1톤을 모으는 비용이 100달러도 안된다. 현재 이 기술은 캐나다 벤처기업 '카본엔제니어링(Carbon Engineering)'을 통해 사업화가 진행되고 있다.


이산화탄소를 포집하는 방법은 외부의 공기를 수백 개의 팬으로 빨아들여 수산화칼륨 용액에 섞으면 탄산칼슘 결정체로 변하게 된다. 이 결정체에 열을 가하면 순수한 이산화탄소가 만들어진다. 그렇다면 이렇게 만들어진 이산화탄소는 어떻게 에너지로 사용할 수 있을까? 물론 이산화탄소는 다른 형태로 변환시켜야만 에너지로 사용할 수 있다. 다른 형태의 변환 방법은 기업마다 천차만별이지만 보통 합성연료의 형태로 만드는 것이 가장 일반적이다.


카본엔지니어링은 이산화탄소를 수소와 화학 반응시켜 가솔린을 만드는 방식을 채택했다. 현재 가솔린 1리터를 생산하는데 약 1달러의 비용이 소요된다. 아직까지 하루에 약 160리터의 가솔린을 생산하는 데 그치고 있지만, 앞으로 5년 뒤에는 400리터까지 늘릴 수 있을 것으로 내다보고 있다.


Carbon Engineering : https://carbonengineering.com/

Dioxide Materials, 이산화탄소로 가솔린을 만들다!

또한, 미국의 에너지 스타트업 Dioxide Materials는 자체 개발한 전해질, 분리막 기술을 활용해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환해 만든 합성가스 Syngas에서 Primus Green Energy사의 연료생성기술을 더해 가솔린을 만들어냈다. 현재 3M은 이 기술의 상용화를 위해 기술개발 파트너십을 맺고 사업화에 박차를 가하고 있다.


카본엔지니어링의 투자자 중 한 명인 빌게이츠는 2018년 월드 이코노미 포럼에서 이렇게 발언했다. "에너지 기술의 획기적 발전은 대기 오염을 줄이고 사람들을 빈곤에서 벗어나게 하며, 기후변화로 인한 최악의 영향을 피할 수 있다.  하지만 여기에는 중요한 문제가 한 가지 있다. 어떤 에너지 기술이 상업적으로 성공할지 아직 모른다는 것이다. 그래서 우리는 정부와 민간 기업의 투자를 통해 더 많은 아이디어를 모색해야 한다"


Dioxide Materials : https://dioxidematerials.com/?v=1d20b5ff1ee9

NET Power, 압축 이산화탄소로 전기를 생산하다!

한편, 이산화탄소를 바로 전기로 만드는 방법도 있다. 앞선 사례와 같이 화학적인 전환 없이 이산화탄소를 압축한 그대로를 에너지원으로 활용하는 것이다. 대표적인 사례는 2018년 5월 첫 시운전에 들어간 미국 NET Power의 가스터빈 발전소이다. 보통 발전기는 석탄이나 가스를 태워 물을 끓이고 이때 나오는 수증기로 터빈을 돌려 전기를 생산한다. NET Power는 수증기가 아닌 고온에서 압축된 이산화탄소의 힘으로 터빈이 돌아가도록 설계했다.


우선 넷파워는 연소기의 압력을 대기압의 200배 수준으로 높여 이산화탄소의 온도를 1150도까지 가열한다. 이때 원래 기체였던 이산화탄소는 '초임계 유체' 상태가 된다. 이것이 다시 기화될 때 일정한 힘을 분출하게 되는데, 바로 이 힘으로 터빈이 돌아가게 되는 것이다. 현재 이 터빈은 기존 증기터빈 대비 무려 10배의 효율을 내는 것으로 밝혀졌다.


앞으로 이산화탄소로 가솔린을 만들어내고 전기도 만들어내는 청정 에너지 시대가 곧 펼쳐질 것만 같다. 그러나 아직은 이상일 뿐 실현될 때까지 가야 할 길이 아직 멀어 보인다. 앞으로 국내에서도 이런 탄소 자원화 기술과 청정 에너지 개발 기술이 하루 빨리 실현되길 기대해 본다.


NET Power https://www.netpower.com/

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