박종호(뒷줄 오른쪽 끝) 한국에너지기술연구원 박사 연구팀 [한국에너지기술연구원 제공]

수소는 청정에너지로 주목받고 있지만 화석연료로부터 생산되는 그레이수소가 총 생산량의 90% 이상을 차지하고 있다. 실제 수소 1㎏을 생산하는 데 약 10㎏의 이산화탄소가 발생한다. 탄소중립을 위해서는 이산화탄소를 배출하지 않는 그린수소의 생산 비율이 높아져야 하지만 아직까지는 기술력과 경제성이 부족해 상용화 이전까지 징검다리의 역할을 하는 기술이 필요하다.

한국에너지기술연구원은 박종호 청정연료연구실 박사 연구팀이 블루수소 생산의 핵심 기술인 이산화탄소 포집 핵심 소재와 공정 기술을 개발해 포집 비용을 획기적으로 낮추는데 성공했다고 8일 밝혔다.

블루수소란 액화천연가스(LNG) 등의 화석연료를 개질해 수소를 생산하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 CCUS(탄소 포집·활용·저장) 기술을 활용해 제거한 수소를 말한다.

연구팀은 기존 수소 생산 공정에서 이산화탄소 포집을 위해 활용하던 흡착제의 낮은 흡착량과 배출가스 중 이산화탄소만 포집하는 선택도를 개선해 전체 공정의 효율을 올렸다. 개발된 흡착제를 공정에 활용하면 상용 흡착제 대비 이산화탄소를 4.6배 이상 높은 선택도로 정밀 포집할 수 있으며, 동시에 상용 흡착제와 유사한 수준의 흡착량을 유지할 수 있다.

개발한 흡착제를 적용한 진공압력변동흡착(VPSA) 공정 기술을 개발하고 연속 운전 수행을 통해 99% 순도의 이산화탄소를 92%의 회수율로 포집하는데 성공했다. 기존 흡착제의 경우 96%의 순도의 이산화탄소를 67%만 회수할 수 있는 반면 개발된 흡착제는 순도와 회수율 모두 압도적으로 높아 공정 효율 개선에 크게 기여할 수 있다.

특히 이산화탄소를 분리하고 고순도로 회수하는데 필요한 전력 소비를 공정 모사를 통해 계산한 결과, 1톤당 40킬로와트시(40kWh/t-CO₂)의 전력이 필요한 것으로 확인됐다. 선도 기업인 미국 에어프로덕츠사의 기술(83kWh/t-CO₂)에 비해 전력 사용이 절반으로 절감됨에 따라 포집 비용도 절반가량 줄일 수 있게 된 것이다.

박종호 박사는 “이번에 개발한 흡착제와 연구원이 보유한 수소 플랜트 설계 기술, 공정 개발 경험을 접목하면 연 1백만t 규모의 이산화탄소 포집 실증과 1t당 30달러 이하의 낮은 포집 비용으로도 블루수소 생산이 가능할 것”이라고 밝혔다. 이어 “선진 기술을 뛰어넘는 국산화 기술 확보로 블루수소 생산 시장을 선도하 겠다”고 덧붙였다. 구본혁 기자