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막 분리공정의 연소 후 CO2포집에 대한 도전과 전망
기체분리 막에서 CO2분리는 섬유화학공정(CO2/HC), 천연가스와 바이오가스의 정제(CO2/CH4), CCS 및 수소생산(CO2/N2, CO2/H2) 등에서 수요가 급증할 것이다(2030년 CCS의 세계시장만 600조원 예상).
CO2분리 막은 연소 전, 후 포집에 적용 가능하므로 고온내열성, 투과도와 선택도의 상반관계 극복, 저렴하고 수명이 긴 막 소재를 개발해야 한다. 최근 촉진수송 막(FTM), 혼합 매트릭스 막(MMM), 고유기공을 가진 금속 막과 고분자막(PIMs) 및 탄소분자체 막 등으로 500℃ 이상에서 투과도 1000Barrer 이상, 선택도 50 이상의 우수한 막을 개발하여 실증연구를 하고 있으나 아직 상용화된 것은 없다.
한편, 에너지소비를 줄이고 높은 투과도와 선택도를 동시에 얻기 위하여 역 선택성을 이용한 다단 배열의 공정 등을 개발하고 있다.
본 연구는 연소 후 CO2포집용 막 분리공정에 대한 연구과제로 ①확실한 순도목표와 포집효율, ②포집CO2의 미소가스 허용농도, ③막 성능에 대한 수분의 영향과 대책, ④에너지비용과 설치비용의 상관관계(회피CO2배출량저감), ⑤내열성, 선택도, 투과도를 동시에 만족시킬 수 있는 저렴하고 내구성 있는 막소재개발, ⑥캐스케이드 공정의 장단점, ⑦미세 입자상물질의 막에 대한 영향, ⑧다른 포집방법보다 우수한 에너지효율의 입증 등을 제시하고 있다.
연소 후 CO2포집을 위한 막 접촉기는 MEA 등의 용매를 사용하기 때문에 경쟁력이 없으므로 이온성 액체 등을 사용하여 단점을 해결해야 하지만 순 산소연소의 CO2포집은 농도가 아주 높기 때문에 경쟁력이 충분하므로 적극적인 막 재질과 공정연구가 필요하다.
우리나라는 2008년부터 에기연을 중심으로 여러 막 재질과 공정을 연구하여 현재 IGCC/수소생산의 고온(500℃ 이상)용 Pd-Cu 금속 막의 공정설계와 파일럿을 완료하고 2018년 IGCC의 실증을 위하여 노력하고 있다.
정보제공기관 : 한국과학기술정보연구원(ReSEAT)
관련링크 : http://www.gtnet.go.kr/search/search_main_v.jsp
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