[탄소중립! 세상이 숨쉬다 ⑰]에너지연 백일현 박사팀

메탄 이산화탄소 분리·불순물 정제 핵심 기술 개발

황화수소 흡수능 320% ···흡착능 533% 업그레이드

한국에너지기술연구원의 백일현 박사 연구팀이 유기성 폐자원에서 발생하는 바이오가스에서 메탄과 이산화탄소를 분리하는

 동시에 황화수소를 제거 초청정 연료를 생산하는 핵심기술을 개발했다.[사진= 한국에너지기술연구원]

우리 정부는 신기후협약체제인 파리협약에 따라 2030년까지 온실가스 배출을 37% 감축하는 로드맵을 발표했다. 이를 실현하기 위해 음식물 쓰레기, 가축분뇨, 하수 슬러지, 매립 쓰레기 등 유기성 폐자원에서 발생하는 바이오가스에서 메탄가스, 이산화탄소 같은 온실가스 포집과 자원화 추진이 활발하다. 이런 가운데 국내 연구진이 온실가스 활용을 높일 수 있는 바이오가스 분리와 불순물을 초청정하게 정제할 수 있는 기술을 개발해 주목된다.

한국에너지기술연구원은 백일현 박사 연구팀이 유기성 폐자원에서 발생하는 바이오가스에서 메탄과 이산화탄소를 분리하는 동시에 불순물(황화수소 등)을 제거하는 '초청정 바이오가스 분리·정제 핵심 기술'을 개발하는데 성공했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 우선 기능성 유기화합물로 구성된 흡수제를 이용, 바이오가스에서 메탄과 이산화탄소를 분리했다. 이어 금속산화물 흡착제를 활용, 황화수소를 고도 분리하는 초청화 기술을 개발했다. 그 결과 기존 바이오가스 정제는 황화수소를 1ppm 정도 제거하는데 그쳤다. 이번 성과는 10ppb까지 제거 가능해 후단 촉매 공정에서 황화수소에 의한 촉매독을 방지할 수 있다. 이를 통해 바이오가스를 이용한 액체연료, 수소 등 고부가가치 청정연료 생산이 가능하다는 게 연구팀의 설명이다.

유기화합물로 구성된 신규 흡수제는 기존 흡수제보다 황화수소 흡수능이 320% 높다. 금속산화물로 구성된 신규 흡착제(Cu/Zn/Al 계열)는 기존 흡착제(ZnO/MCM 계열)보다 황화수소 흡착능이 553% 높은 것으로 확인됐다.

이번 성과는 기존 바이오가스의 3세대 이용 분야 한계를 극복하고 4세대로 확대할 수 있는 기반으로 평가된다. 연구팀에 의하면 현재 바이오가스 이용 발전 과정은 전력생산을 위한 가스엔진 구동용 연료(1세대), 지역난방 연료로 공급하기 위한 연료(2세대), 전력생산을 위한 스팀터빈 구동용 연료(3세대), 고순도 가스로 분리해서 도시가스나 자동차 연료(4세대), 고순도 가스로 분리해 연료전지, 수소생산을 위한 원료(5세대)로 구분해 볼 수 있다. 이번 성과로 바이오가스의 실생활 접목이 가능할 것으로 기대된다.

이외에도 메탄과 이산화탄소 이용을 극대화 해 온실가스 감축에 기여할 것으로 예상된다. 기존 황화수소 제거기술은 장치비와 운전비가 커 대량의 환경 유해물질이 발생하는 한계가 있었다. 회분식 금속흡착법은 1회 사용 후 흡착제를 폐기하며 환경 문제를 야기하기도 했다. 연구팀은 황화수소의 선택적 흡수와 재생 가능한 유기용매 사용으로 장치비, 운전비를 절감했다. 저온·저압에서 황화수소를 고속 흡착, 공정을 단순화해 경제성도 확보했다.

연구결과는 케미칼 엔지니어링 저널 등에 6편이 게재되고 국내외 특허는 13건을 출원, 등록했다. 연구팀은 독창성을 확보하고 기업에 기술을 이전, 상용화를 추진할 예정이다.

백일현 박사는 "향후 바이오가스 생산 분야는 KAIST, 청정연료 생산은 화학연과 연계한 통합실증을 할 것"이라면서 "상용화 기반 기술의 확보·활용을 통해 국가 기후변화 대응 온실가스 저감 기술로 활용할 예정"이라고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 '차세대 탄소자원화 사업(단장 전기연 화학연 박사)'의 일환으로 추진됐다.

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