탄소포집 기술 비교 분석

탄소포집 기술

 

탄소중립(Net Zero)을 위한 핵심 기술 중 하나는 단연 탄소포집(Carbon Capture) 입니다. 특히 산업 부문에서 배출되는 이산화탄소를 줄이기 위해서는 신재생에너지 전환만으로는 부족하며, 직접 배출원을 제어할 수 있는 CC 기술이 필수로 떠오르고 있습니다. 본문에서는 현재 상용화 또는 실증 단계에 있는 주요 탄소포집 기술을 원리, 장단점, 적용 분야를 중심으로 비교 분석합니다.

 

1. 포스트컴버스천(Post-combustion) 방식

개요

포스트컴버스천 방식은 연료 연소 후 배출되는 배기가스에서 이산화탄소를 분리·포집하는 기술입니다. 현재 가장 보편적으로 사용되며, 기존 발전소 및 산업 설비에 적용이 가능합니다.

주요 기술 원리

• 흡수제 이용 기술: 아민(Amine) 계열 흡수액이 배기가스의 CO₂를 선택적으로 흡수
• 흡착제 사용 기술: 고체 흡착제를 통해 저온에서 CO₂를 포집하고, 재생해 반복 사용
• 막 분리 기술: 특정 기체만 통과시키는 분리막을 이용해 CO₂를 추출

장점

• 기존 시설에 후속 장착 가능: 인프라 변경 없이 포집 가능
• 기술 성숙도 높음: 이미 다수의 파일럿 및 상용 플랜트 존재
• 다양한 연료와 호환

단점

• 에너지 소비 큼: 흡수제 재생 시 추가 에너지 필요
• 흡수제 부식 및 열화
• CO₂ 농도가 낮을 경우 효율 저하

주요 적용 사례

• 석탄·LNG 발전소
• 시멘트, 제철소 등 고온 배출 산업

 

2. 옥시컴버스천(Oxy-fuel Combustion) 방식

개요

옥시컴버스천은 연소 시 공기 대신 순수한 산소를 사용해 CO₂ 농도가 높은 배기가스를 만들어 포집 효율을 높이는 방식입니다. 결과적으로 N₂ 희석이 없어 배기가스 정제가 용이합니다.

주요 기술 원리

• O₂와 연료를 직접 연소 → 배기가스는 대부분 CO₂와 수증기
• 수증기를 응축시켜 고농도 CO₂를 바로 포집

장점

• **CO₂ 농도 80~95%**로 후처리 부담 감소
• SOx, NOx 등 대기오염물질 동시 저감
• 포집 비용 절감 가능

단점

• 산소 분리 공정 필요: 공기 중 산소를 분리하는 데 많은 비용과 에너지 소모
• 설비 복잡도 증가
• 기존 연소 시스템과 호환성 낮음

주요 적용 사례

• 파일럿 플랜트 및 R&D 단계
• 일부 석탄발전소 실증 적용

 

3. 프리컴버스천(Pre-combustion) 방식

개요

프리컴버스천은 연료를 연소하기 전에 가스화·개질 과정을 통해 수소와 CO₂로 분해하고, 이산화탄소를 미리 분리하는 방식입니다. 주로 IGCC(통합가스복합화력) 발전소에서 사용됩니다.

주요 기술 원리

• 석탄, 천연가스를 고온·고압에서 가스화
• CO와 H₂ 생성 → 수증기와 반응해 CO₂ 및 추가 H₂ 생성
• CO₂ 포집 후 H₂를 연료로 사용

장점

• CO₂ 고농도 및 고압 상태 포집으로 처리 용이
• H₂ 생산과 연계 가능: 청정연료 사용 가능
• 에너지 효율 우수

단점

• 설비 규모 큼
• 고온·고압 조건 요구 → 초기 투자비용 부담
• 기존 발전소에는 적용 어려움

주요 적용 사례

• IGCC 실증 발전소
• 청정 수소 생산 플랜트

 

결론: 탄소포집 기술, 적용 목적에 따라 선택해야

탄소포집 기술은 단일 해법이 아니라, 배출원의 특성과 목적에 따라 다양한 방식이 병행되어야 하는 복합적 솔루션입니다.
기존 산업에 쉽게 적용할 수 있는 포스트컴버스천 방식은 당장 필요한 기술이고, 옥시컴버스천과 프리컴버스천은 장기적 관점에서의 효율성과 고도화를 고려한 대안으로 활용될 수 있습니다.
2025년 이후 탄소중립 시대를 선도하려면, 기술적 타당성과 경제성을 종합적으로 고려한 맞춤형 탄소포집 전략이 필요합니다.