[논문자료] 초임계 CO2 발전 기술개발 동향

출처: 픽사베이

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최근 국내 에너지산업의 현안 중에서 가장 높은 관심을 받고 있는 이슈는 온실가스감축이다. 2015년, 프랑스 파리에서는 “제 21차 가후변화협약 당사국 총회”(COP21)가 개최되었고, 195개국이 참가해서 2020년 만료예정인 교토의 정서 이후의 새 기후변화체제 수립을 위한 파리협약이 타결되었다. 파리기후협약이 주요 내용은 지구평균기온 상승을 온실가스 배출전인 산업화 이전에 비해 2℃ 이내보다 낮은 수준으로 유지하고, 온도 상승을 1.5℃이하로 제한하기 위한 노력을 추구한다는 내용이다. 우리나라는 2030년 배출 전망치(BAU) 대비 37% 온실가스감축목표를 수립하였으며, 특히 발전부문에서 담당해야 할 온실가스감축량이 가장 높다.

 

이를 위해서는 효율이 높은 발전 시스템을 개발하여 발전 시스템의 연료 투입량을 낮추고 온실가스를 저감할 필요가 있다. 뿐만 아니라 우리나라는 96%의 에너지원을 해외에 의존하는 자원 빈국이므로 미래성장동력 확보를 위해서는 발전 시스템의 독자 기술확보가 절실한 상황이다. 그동안 우리나라에서는 에너지산업부문에서 기반 인프라 역할만 강조되어 타산업대비 혁신이 지체되고 있다. 특히, 가스터빈 기술은 선진국에 비해 기술경쟁력에서 열위에 있고, 증기터빈 기술은 중국의 가격경쟁력에서 밀리고 있으므로, 미래 발전 시스템으로써 잠재력이 큰 초임계 CO2 발전시스템 개발을 통해서 우리나라 에너지 산업의 기술 경쟁력을 끌어 올리는 것은 매우 중요하다.

 

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201609636670556

 

초임계 CO2 발전 기술은 세계적으로 연구개발 초기단계이므로, 아직 상용화된 시스템이 없고 전망을 예측하기는 이르지만, 미국 DOE에서 연구개발에 많은 투자를 하고 있고, 산업계에서는 GE, Echogen, NETPOWER, 도시바가 기술개발을 주도하고 있으며, 연구기관으로는 SNL, SWRI, NREL, EPRI 등이 연구 역량을 집중하고 있다. 현재 폐열회수 활용 시장에서는 초임계 CO2 발전 기술이 상용화에 근접해 있다. 중기적인 관점에서는 석탄화력 발전 시스템에 간접가열 방식의 SCO2 발전 시스템 개발이 가속화 될 것이고, 장기적인 측면에서는 직접가열방식의 SCO2 발전 시스템이 보급될 것으로 전망되고 있다. 뿐만 아니라, 기존의 발전 분야 이외에도 전력저장 및 지열발전 등 새로운 분야와의 융합도 시도되고 있다.

 

초임계 CO2 발전 시스템은 발전 효율 향상을 통해 파리기후협약(COP21) 이후 본격화되고 있는 정부의 2030 국가 온실가스 감축 목표달성에 기여할 것이며, 에너지신산업의 원동력이 되어 발전산업의 패러다임을 바꿀 수 있는 잠재력이 높은 기술이다. 세계적으로 초임계 CO2 발전 기술 개발은 연구개발 초기 단계이므로, 아직 보급된 시스템이 없고 전망을 예측하기는 이르지만, 응용분야가 넓고 파급효과가 크기 때문에 발전산업의 패러다임을 전환할 수 있는 가능성이 높다.

 

보수적인 발전산업의 성격을 고려해 볼 때, 초임계 CO2 발전 시스템의 상용화를 위해서는 성능, 안전성, 경제성, 신뢰성 측면에서 검증이 필요하고, 향후 보급이 원활하기 위해서는 일반적인 Code와 Standards 들을 충족시켜야 하며 실증을 위한 Track Record가 제도적으로 뒷받침되어야 한다. 장기적으로 석유, 가스 채굴 비용이 상승하고 재생에너지 개발 및 에너지 효율 개선 비용이 하락하여, 저탄소·신재생에너지·에너지효율향상 정책이 강화될 것으로 예상되고 있으며(World Energy Outlook 2015, IEA), 이러한 정책 기조에 따라 초임계 CO2 발전은 소형화와 효율향상의 장점으로 인해 연구개발이 지속적으로 확대될 것으로 예상된다.

 

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초임계 이산화탄소 추출

 

초임계 추출기술은 증류와 추출기술의 원리가 복합된 기술로 기존의 기술로는

분리가 쉽지 않았던 열변성 혼합물, 고분자, 이성질체, 천연재료에서의 유효성분 분리 등을 수행할 수 있으며

에너지 절약형 청정기술로 다양한 산업에서 각광 받고 있습니다.

첨단 분리기술로 꼽히는 초임계 추출은 유체의 용해력을 이용해 물질을 추출하는 기술로 추출과 분리 단계로 이루어집니다.

 

추출단계에서는 시료와 초임계 유체 용매가 밀접하게 접촉되어 용해도의 차이에 의해 시료 중 가용성분이

초임계 유체로 용해되며 추출단계에서 나오는 용질을 함유한 초임계유체는 온도, 압력에 의해 다시 분리단계에서 용질로 분리됩니다.

추출단계에서 온도와 압력을 조절하면서 초임계 유체의 용해력을 변경시켜 시료 중 특정 성분만을 추출할 수 있습니다.

 

초임계 물질로 가장 많이 이용되는 Co2는 임계 조건에 쉽게 접근할 수 있으며 불연성, 화학적으로 안전합니다.

임계온도가 낮기 때문에 용질의 성분이 변질되지 않아 열변성 물질의 저온공정(의약품, 식품 추출)에 적합하며

화장품, 화학, 에너지 산업 등 친환경 공정기술로 많은 곳에서 사용되고 있습니다.

 

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