탄소포집의 진화…아파트 크기 '두 개의 탑' 필요없는 기술도[이슈속으로]

탄소포집 기술이 진화하고 있다. 설비 확보와 폐기물 발생을 최소화하는 '분리막' 방식이 힘있게 추진되기 시작했다.

27일 에너지 업계에 따르면 현재 전 세계에서 이뤄지고 있는 탄소포집 사업의 90% 이상이 '습식 포집' 방식을 취하고 있다. 수 십년 전부터 천연가스에서 탄소를 제거해 LNG(액화천연가스) 등을 생산하기 위해 활용해온 기술이다.

습식 탄소포집은 '아민'과 같은 액체 흡수제를 이용한다. 가스가 액체 흡수제를 통과하면서 탄소를 붙잡는 방식이다. 탄소를 머금은 액체 흡수제는 스팀이 가해지고 있는 지점으로 이동한다. 열 작용에 따라 이산화탄소를 분리하고, 나머지 질소 등 기체를 대기로 방출한다.

습식 탄소포집 개념도/사진=윤선정 디자인기자

효율적이고, 대량의 탄소포집이 가능한 방식이어서 현재까진 일종의 '스탠다드' 격으로 받아들여지고 있다. 단점은 넓은 공간에 거대한 설비가 필요하다는 것이다. 탄소포집이 일어나는 '흡수탑'과 흡수제와 탄소를 분리하는 '재생탑' 등의 시설을 갖춰야 한다. 흡수탑과 재생탑은 경우에 따라 다르지만, 높이가 30m 내외에 달하는 경우가 많다. 아파트 10층 이상의 육중한 크기다.

이런 단점을 극복하기 위한 방식으로 '분리막' 탄소포집이 연구·개발되고 있다. 가스가 분리막을 통과할 때 탄소를 선택적으로 포집하는 콘셉트다. 모듈 형태로 제작돼 작은 면적에 설치할 수 있다는 장점이 있다. 설비, 배관 등이 복잡한 공장에 두기에 용이한 셈이다. 습식 탄소포집의 경우 고온의 스팀이 필요하기 때문에 에너지를 소비할 수밖에 없는데, 분리막 방식은 이 부분에서 상대적으로 자유롭다.

SK이노베이션과 계열사 SK아이이테크놀로지(SKIET)는 가스 분리막 전문기업 '에어레인'에 투자하면서 분리막 방식 탄소포집 사업에 뛰어들었다. SK이노베이션은 SK아이이테크놀로지를 통해 리튬이온 배터리용 분리막(LiBS)을 생산 중이다. LiBS 제조 기술을 '에어레인'의 가스 분리 기술과 결합하는 게 목표다.

롯데케미칼은 2021년 여수 1공장에 탄소포집 실증 설비를 구축하고 운영 및 연구를 지속해왔다. 국내 화학사 최초로 석유화학산업에 적합한 기체분리막 탄소포집 공정을 상용 규모로 설계 완료하고 사업화 방안을 모색 중이다. SK이노베이션과 SKIET처럼 '에어레인'에 대한 지분 투자 역시 진행했다.

SK E&S가 투자한 호주 다윈 LNG 터미널 내 습식 탄소포집 설비/사진=SK E&S

SK이노베이션, SKIET, 롯데케미칼은 아예 동맹을 체결했다. 최근 탄소포집 공정 개선과 고성능 신규 분리막 최적 공정을 개발하기 위한 업무협약을 체결했다. SK이노베이션의 R&D(연구개발) 역량, SKIET의 분리막 기술 경쟁력, 롯데케미칼의 탄소포집 실증 경험 간에 시너지를 노리기 위한 취지다.

SK E&S도 분리막 방식 탄소포집을 활용할 계획이다. SK E&S는 호주의 에너지기업 산토스와 호주 다윈의 LNG 터미널을 일종의 탄소포집 허브로 쓸 계획을 갖고 있다. 기존에는 인근 바유운단 가스전의 이산화탄소 함량인 6%에 맞춰진 거대한 습식 탄소포집 설비가 있었다. 향후 바로사 가스전(이산화탄소 햠량 18%)에서 LNG를 생산하기 위해 12%의 추가 탄소포집을 할 수 있는 분리막 시설을 설치할 예정이다.


에너지 업계 관계자는 "기술이 발전하며 기존 습식 외에도 분리막 방식의 탄소포집 역시 가능해지고 있는 시점"이라며 "글로벌 넷제로(탄소순배출 0) 달성을 위해 필수적인 탄소포집 사업의 확대를 위해서도 다양한 방식의 포집 기술이 필요하다"고 말했다.

탄소포집 방식/그래픽=한국 CCUS 추진단