The amount of greenhouse gas emission reduction based on INDCs (Intended Nationally Determined Contributions) submitted to UN by each party is not sufficient to achieve the Paris Agreement's aim to "hold the increase in the global average temperature to well below 2 ℃ above pre-industrial levels and to pursue efforts to limit the temperature increase to 1.5 ℃" which was determined in the 21 st Conference of the Parties to the UNFCCC (COP 21). Accordingly, the emission reduction target of each

more »

... rty will be revised for the 2 ℃ goal. Among the several options to reduce the carbon emission, CCS (Carbon Capture and Storage) is a key option to curb CO 2 emissions from large emission sources such as fossil-based power plants, cement plants, and steel production plants. A large scale CCS demonstration projects utilizing 1 st generation CO 2 capture technologies are under way around the world. It is anticipated, however, that the deployment of those 1 st generation CO 2 capture technologies in great numbers without government support will be difficult due to the high capture cost and considerable increase of cost of electricity. To reduce the carbon capture cost, 2 nd and 3 rd generation technologies are under development in a pilot or a bench scale. In this paper, current status of large scale CCS demonstration projects and the 2 nd and 3 rd generation capture technologies are summarized. Novel capture technologies on wet scrubbing, dry sorbent, and oxygen combustion are explained in detail for all capture areas: post-combustion capture, pre-combustion capture, and new combustion technologies. COP21에서 채택된 파리협정에서 명시한 지구 대기온도 2℃ 이하 상승억제 목표를 달성하기 위해서는 현재 각 당사국이 제출한 감축 목표치로만은 부족한 상황이다. 이에 따라 향후 감축목표를 상향하기 위한 작업이 이루어질 것이다. CO 2 배출량을 줄이기 위 한 여러 수단 중 이산화탄소 포집 및 저장(CCS: Carbon Capture and Storage)은 필수 옵션으로 현재 전세계에서 대규모 실증이 진 행되고 있다. 실증 단계에 있는 1세대 기술의 경우 높은 포집비용 및 발전원가 상승으로 정책적 뒷받침 없이는 시장보급이 어려운 실정이다. 이에 비용을 저감하기 위한 2세대, 3세대 혁신 포집기술들이 개발되고 있으며 2세대 기술들은 파일럿 규모로, 3세대 기 술들은 벤치규모로 연구되고 있다. 본 리뷰 논문에서는 전세계 대규모 CCS 실증 사업 현황을 살펴보고, 2세대, 3세대 포집기술에 대해 연소전, 연소후, 신연소기술로 구분하고 습식 포집기술, 건식 포집기술, 분리막 기술, 산소연소기술의 세부 기술개발 내용에 대한 현재까지의 기술개발 결과를 요약정리하였다. 국가가, 그리고 전세계 배출량의 55%이상이 비준되면 발효 된다. 2016년 4월 지구의 날 (Earth Day)에 New York에서 열린 파리기후변화협정 서명 행사에서 175개국이 파리협정 에 서명하였다. 파리기후변화협정에 제출된 각국의 자발적 감축목표 분석결과 2 ℃ 상승억제목표달성이 불가능한 것으 로 네덜란드 환경청과 유엔기후변화사무국이 각각 발표하였 다 [1]. 유엔의 IPCC(International Panel on Climate Change) 5차 평가보고서를 참조하면 현재의 지구대기온도 2 ℃ 상승억제 를 위해서는 대기 CO 2 농도를 약 480-530 ppm 수준으로 억 제하여야 하며, 1.5 ℃ 상승 목표의 경우 대기 CO 2 농도를 약 430-480 ppm 수준으로 억제하여야 한다(그림 1(좌) 참 조). 또한 2010년 대비 CO 2 배출량을 40-70% 줄여야만 파리 기후변화협정의 온도상승억제 목표를 달성할 수 있음을 제 시하고 있다(그림 1(우) 참조) [2]. IEA Energy Technology Perspective 2015에서는 BAU(Business As Usual) 배출 대비 2 ℃ 상승 목표 달성을 위한 이산화탄 소 배출 감축 주요 수단 및 각 수단 별 2050년까지의 감축 기여율을 제시하고 있다. 주요 감축 수단과 감축 기여율은 재생에너지(30%), 이산화탄소 포집 및 저장(13%), 발전효율 향상 및 연료교체(1%), 최종 사용연료 교체(10%), 최종 사용 연료 및 전기 이용효율 향상(38%), 원자력(8%) 이다 [3]. 이 산화탄소 배출 감축 수단에 있어 저비용 감축 기술만을 이 용하여 필요한 에너지 수요를 모두 충당하지 못하기 때문에 이산화탄소 포집 및 저장(CCS: Carbon Capture and Storage) 은 필수 옵션이다. CCS없이 감축목표를 달성하기 위해서는 더 많은 비용이 투입되는 기술들을 도입하여야 하며 감축목 표 달성을 위한 투입비용이 평균 약 138% 증가하는 것으로 분석되었다 [2]. CCS 기술의 구성은 포집, 수송, 저장으로 구분되며 전체 소요비용 중 포집이 70% 이상을 차지하므로 [5][6] 포집비용 을 줄이는 것이 CCS기술의 보급 및 활용을 위한 핵심이라고 할 수 있다. 이에 따라 세계 각 국은 대용량 포집 및 저장 실증과 함께 차세대 저비용 포집기술 개발을 위해 경쟁하고 있다. 특히 미국 에너지성(US DOE)에서는 현재 포집기술 적 용 시의 발전원가 대비 2025년까지 20% 저감을 실증하기 위 한 2세대 기술과 2030년까지 30% 저감을 실증하기 위한 3세 대 기술(또는 Transformational Technology)을 제시하고 기술 개발을 지원하고 있다 [6]. 화석연료 사용에 따라 배출되는 CO 2 를 저감하기 위한 방 법으로는 배출되는 CO 2 를 직접 포집하는 방법과 연료연소 방식을 바꾸는 방법으로 크게 구분할 수 있다. 직접 포집 방 법은 연료를 연소시킨 후 배출되는 배가스 중에 포함되어 있는 4∼15% 정도의 CO 2 를 포집하는 연소후 포집과, 연료를 CO와 H 2 가 주성분인 합성가스로 변환시킨 후 CO를 수성가 스전화(Water Gas Shift: CO + H 2 O → CO 2 + H 2 )을 통해 농 도 30% 이상의 CO 2 로 전환시킨 연료가스 중의 CO 2 를 연소 기에서 연소하기 전에 포집하는 연소전 포집으로 구분하고 있다. 연료연소방식 변경은 연료를 순산소로 연소시킴으로써 이론상 배출되는 배가스가 CO 2 와 H 2 O로만 구성되어 별도의 포집설비 없이 연료 연소 중에 고농도의 CO 2 를 분리하는 방 법이다. 연료연소방식 변경의 대표적인 기술로는 공기에서 산소를 분리하여 연료를 연소시키는 순산소 연소와 연료연 소에 필요한 산소를 고체입자로 공급하는 케미컬루핑연소 (CLC: Chemical Looping Combustion)를 들 수 있다. 전 세계적으로 현재 CCS 기술은 천연가스 정제, 합성가스 제조 설비, 화학산업 등에서 CO 2 를 포집하여 오일회수증진 그림 1 CO 2 배출에 따른 대기 중 CO 2 농도와 대기온도상승 상관관계(좌) 및 2010년 대비 2050년 대기 중 CO 2 농도와 누적배출율 상관관계(우) [2] Aker Solution 아민 공정 설비 [96] RTI의 Lab 규모 고체 흡수제 시험설비 [68] DNV GL/NTNU/Yodfat Engineers의 분리막 모듈 [100] Alstom Power 200 kWth 칼슘루핑 장치도 [102] 그림 19 노르웨이 Norcem사 시멘트 공장에서 시멘트 산업을 대상으로 시험 중인 네 가지 CO 2 포집기술