수소생산기술-3번째 이야기

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안녕하세요. 오늘은 수소생산기술 3번째 이야기를 하려 합니다. 

첫 번째와 두 번째를 못 보시고 오셨다면 아래 링크를 클릭하여 보고 오시면 이번 글이 이해하기 쉬우실 거예요.

https://manyoung76.tistory.com/25

화학/신소재 -수소 생산 기술

https://manyoung76.tistory.com/26

화학/신소재-수소생산기술 2

 

그럼 이제 3번째 이야기를 시작하겠습니다. 

 

1. 수소 생산기술- Blue  수소: Grey +ccs(or CCUS)

■ CCS(OR CCS(OR CCUS), CO CCUS), CO2 배출 감소 목표 배출 감소 목표 달성을 위한 필수 기술입니다. 

 

 

- CCS(CARBON DIOXIDE CAPTURE AND SEQUESTRATION): CCS(CARBON DIOWIDE CAPTURE AND SEQUESTION)

일반적으로 챚 포집 및 처리기술을 의미합니다. 

국제 표준화 기구인 ISO 기준으로 CCS 즉 이산화탄소 포집, 수송 및 지중 저장으로 한정하고 있습니다. 

 

- CCS는 다량에  CO2 가 대기로 방출되는 것을 방지하기 위한 배출 감소 프로세스입니다. 

 

- CCUS는  CCUS는 Carbon ciocxide Capture Utilization and Storage로 CO2의 활용도 가능하게 하는 것입니다. 

 

- CCS는 다량의 CO2가 대기로 방출되는 것을 방지하기 위한 배출 감소 프로세서입니다. 

 

- CCUS는 CO2의 활용도를 가능하게 하는 것을 말하고 

 

- Green 수소 전 단계인 Blue 수소부터 단계별로 적용되면 이는 곳 CCS 및 CCUS 수요 증가입니다. 

- CCS가 필요한 이유는 여러 기후 관련 글로벌 조직은 대규모 CCS 없이 CO2 배출 감소 목표 달성 불가능하다고 인식하고 있습니다. 

 

- CO2가 지구 온난화의 가장 큰 원인이기도 하며 2021년부터 적용되는 파리 기후 변화 협정 기준, 지구 평균 온도 상승폭은 산업화 이전 수준 대비 2oC이하 목표에서 2018년 10월 상승폭 1.5oC 목표로 변경하였으며, 2021년 8월, 상승폭 1.5oC 도달 시저점을 2021년~2040년으로 기존 2030~2052년 대비 앞당겨져 있습니다. 

 

-이를 위해 IEA , IPCC 등 다양한 협의체에서는 2050년까지 탄소 중 김을 실현해야 한다고 언급하는 한편 CCS의 중요성도 더 높아짐과 동시에 CCS가 없을 경우, 지구 온난화 완화를 위한 경제적 비용 중앙 갑 증가는 138%입니다. 

신/재생에너지 기술 제한 시보다 비용 증가 폭 훨씬 높습니다. 

 

특정 기술 적용 제한으로 인한 완화 비용 증가 비교

기술의 제한적 기술의 제한적 사용에 따른 완화 비용 증가율					2030년까지 2030년까지 추가 완화 정책의 지연에 따른 비용 증가율
[각 기술의 제한적 사용에 따른 총 완화 비용 증가율 (2015~2100년), %]					[현재 대비 완화 비용 증가율, %]
2100년 이산화탄소 농도 시나리오 (CO2 환산 ppm)	CCS 비사용	원자력 폐기	태양력/풍력 제한	바이오 에너지 제한	중기 비용 (2030~2050)	장기 비용 (2050~2100)
450 (430~480)	138% (29~297%)	7% (4~18%)	6% (2~29%)	64% (44~78%)	44% (2~78%)	37% (16~82%)
550 (530~580)	39% (18~78%)	13% (2~23%)	8% (5~15%)	18% (4~66%)	15% (3~32%)	16% (5~24%)

 

 

■CCS(or CCS(or CCUS)의 시작

 

- 해외에서는 이미 오래전부터 CCS 기술 활용해왔습니다. 특히 CCS 기술 중 하나인 EOR( CO2를 석유 가스전에 주입하여 석유, 가스 회수유를 높이는 방식) 은 1972년부터 미국에서 활용해오던 방식입니다. 

- 1972년 텍사스 SHARON RIDGE 유전에서 최초 대규모 CO2 Storge 프로젝트를 시작으로 co2는 석유 회수 향상을 포함한 다양한 목적으로 수십 년 동안 지질 형성으로 주입되어 왔습니다. 

 

- 최근 주목받고 있는 CO2 장기 지중 저장(CO2를 온실가스 배추 저감을 위해 리츠에 저장하여 대기와 결기 하는 방식)

중심으로 진행된 최초의 상업적 사례는 1096년  노르웨이에서 시작된 SLEIPER CO2 STORAGE 프로젝트입니다. 

 

- CCS는 2021년 8월 기준 전 세계적으로 25개 프로젝트가 상업운영 중에 있으며 38개 추가 프로젝트가 계회도고 있습니다. 

 

■CO2 Capture 기술의 Capteue 기술의 종류 

- CCS 전체 공정구분

1) Capture Process

2) Compressing Process

3) Transport process

4) Storage Process

 

- 이중 Capture Process 가 전체 비용 중 약 70~80% 차지하는 핵심기술입니다. 이에 Capture Processs 비용 감소 핵심

- CO2 Capture 기술은 연소 후 중, 전 Captrue 기술로 구분됩니다. 

- 연소 후 Capture 기술은 연소 공종 거친 후 발생하는 배가스(=배기가스) 내 포함되어 있는 Co2와 N2에서 CO2 만 분리하는 기술 

- 연소 전 Caprure 기술은 연소를 통해 CO2가 발생하지 않도록 하는 공정으로 화석 연류의 부분 산화 난 천연가스 개질 등의 반응을 통해 생성돼 H2와 CO2를 분리하여 H2를 생산하는 기술입니다. 

-연소중 Capture기술 (순산소 연소법)은 공기에서 N2를 분리하고 순산소를 통해 연료를 연소하면 배기가스 주 성분이 CO2와 수증기가 되며 이때, 을축을 통해 쉽게 수증기를 분리해서 CO2를 회수하는 기술입니다. 

연소후 CAPTURE기술  연소전CAPTURE 기술 손산소 연소법 기술 이미지 

 

■연소 후 CO2 Capture 기술의 Capture 기술의 종류

 

- 연소 후 CO2 Capture 기술 Capture기술:  Capture 기술은 흡수법, 흡착법, 막 분리법, 증류 분리(심 냉법, 혼합 분리 등이 있습니다. 

 

- 흡수법은 석유 화학 공정 중 개질 공정에 이미 적용되어 왔기 때문에 기술 신뢰도가 가장 높습니다. 

연소 후 방출되는 co2를 포함하는 연소 배가스(배기가스)와 co2에 대한 선택성을 갖는 흡수제를 반응시켜 co2 만 분리하는 기술을 말하며 탈거주( : 하나 이상의 성분이 증기 스트림에 의해 액체 스트림으로부터 제거되는 물리적 분리 공정)

재생 공정을 거쳐 co2를 다시 탈거시켜 수송, 저장하고 재생된 흡수재는 재사용합니다. 

 

- 고체 흡착제를 사용해서 CO2 만 분리하는 기술이며 흡착제를 위치 흡탁탑을 배가스를 고압 상태로 통과 하면 선택도가 높은 성분들을 우선 흡착하고 선택도가 낮은 성분은 흡착탑 밖으로 배출하는 방식입니다. 

이에 CO2에 대한 선택성이 높은 흡착제를 사용해야 합니다. 

 

- 막분리법은 일종의 필터를 이용해서 CO2 만 분리하는 기술 

에너지 소비가 적고 흡수법 보다 효율이 높다는 장점이 있으나 막오염 문제와 대용량 공정에는 부적합하는 단점이 있습니다. 

 

연소 후 CO2 Capture 기술 Capture 기술 별 장단점

기술		장점	단점
흡수	습식	- 대용량 가스 처리에 용이 - 이산화탄소 농도 변화에 적용성이	- 흡수제 재생에 다량의 에너지 소비 - 흡수제 열화 및 재료부식
	건식	- 저농도 대용량 가스 분리 가능 - 고온․고압의 가스시스템에 적용가능	- 장치 및 운전이 복잡 - 기체-고체 반응으로 반응속도가 느림
흡착		- 장치와 운전이 비교적 간단 - 환경영향 및 에너지 효율 우수	- 분리 효율 낮아 비정상 상태에서의 운전 가능성 높음 - 대용량 가스 처리 곤란 및 흡착제 비활성화
막분리		- 장치와 운전이 비교적 간단 - 에너지 소비가 적음	- 대용량화 어려움 (모듈 복합체 : 고가 시설비) - 분리막의 열화로 내구성 취약
증류 분리(심냉법)		- 투자비가 저렴 - 오랜 경험으로 공정의 신뢰도가 높음	- 에너지 소비가 많음 - 대용량 가스 처리에 곤란

 

■ 흡수 법 중 습식 Captrue 기술 

- 연소 후 co2 Capetue 기술 중 흡수법은 행상 흡수제를 사용하는 습식, 고체 흡수제를 사용하는 건식으로 구분됩니다. 

 

- 흡수제의 성능 평가 기준은 빠른 흡수/ 재생 속도와 큰 흡수 능력(Absorption power, 물체 표면에 입사한 복사 에너지가 그 표면에서 흡수되는 정도)

 

- 습식 Capptere기술 : 흡수제 특성에 따라 화학 또는 물리 흡수 공정으로 구분됩니다. 

즉 co2와 흡수제 결합이 화학적(분자 내 양이온이나 음이온의 이동으로 분자 단위가 변화하면서 결합력이 생기는 것)

인지, 물리적(두 가지 물질이 성분 변화 없이 분자 단위로 결합하거나 제3의 매개물질의 작용으로 다른 성분들끼리 결합하는 것)인지에 따라 구분되는 것입니다. 

co2 분압(부분 압력)이 낮은 저압에서는 화학 흡수제의 co2 흡수 때문에 화학 흡수제가 유리하여 이를 위주로 흡수제 기술이 개발되었습니다. 

 

- 대표적인 화학 흡수제는 알카 놀 아민계 화합물입니다. 

알카 놀 아미는 1개 또는 그 이상의 하이드록시가(-OH)와 아민(NH2-) 기를 가지고 있으며 일반적으로 하이 도시가 (-OH)는 증기압을 감소시켜 수용성을 증가시키는 반면, 아민기는 흡수제의 염기도를 높임으로 써 산성 가스 (EX. H2S, CO2등)를 흡수할 수 있습니다.  

 

- 알카놀아민계(alkanolamine)는 co2를 흡수하는 다양한 알카놀아민을 물과 혼합하여 20~20wt% 용액을 만들어 사용하는 방법입니다. 

빠른 이산화탄소 흡수 속도 때문에 1970년부터 상용화되었습니다. 

 

오늘은 여기까지 소개해 드리고 다음 글에서 다른 방법에 관한 내용을 소개해 드리겠습니다. 

https://manyoung76.tistory.com/25

화학/신소재 -수소 생산 기술

 

https://manyoung76.tistory.com/26

화학/신소재-수소생산기술 2

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