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탄소포집장치(CCU) 최신 기술 동향 및 선박 적용 사례 분석

일일 보고서 2024년 09월 08일
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목차

  1. 요약
  2. CCU 기술 개요
  3. 최신 기술 동향
  4. 선박 적용 사례
  5. 국제 해사기구(IMO) 규제 및 방향
  6. 경제적 및 환경적 영향
  7. 결론

1. 요약

  • 본 리포트는 탄소포집장치(CCU) 기술의 최신 동향과 선박 적용 사례를 분석한 내용입니다. CCU는 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 자원으로 전환하는 기술로, 기후 변화 대응 및 탄소 배출 감소의 일환으로 중요성이 커지고 있습니다. 주요 CCU 기술로는 물리적 흡착, 화학적 흡수, 막 분리, 극저온 포집, 신재생에너지 기반 탄소 전환 등이 있으며 각각의 장단점과 상용화 가능성이 다루어졌습니다. 선박 적용 사례로는 국내 해운사 HMM의 OCCS 도입이 대표적이며, 이 시스템을 통해 하루 최대 24톤의 CO2를 포집할 수 있습니다. 더불어 국제 해사기구(IMO)의 규제와 2050년 탄소 감축 목표와 관련된 기술적 요구 사항도 함께 논의되었습니다. 이외에도 경제적 이익, 환경적 영향, 탄소 배출권 거래 시장 전망이 제시되었습니다.

2. CCU 기술 개요

  • 2-1. CCU의 정의와 목적

  • CCU(탄소 포집 및 사용)는 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 이를 유용한 자원으로 전환하는 기술입니다. CCU의 주요 목적은 대기 중 탄소 농도를 낮추고, 기후 변화에 대응하기 위한 방안으로 자리 잡고 있습니다.

  • 2-2. 기술적 구성 요소

  • CCU 시스템은 CO2 포집기술과 CO2 저장 및 변환 기술로 구성됩니다. 주요 기술적 요소로는 이산화탄소의 물리적 및 화학적 흡수, 막 분리, 극저온 기술, 흡착 기술 등을 포함합니다.

  • 2-3. 물리적 흡착 및 화학적 흡수

  • 물리적 흡착은 CO2 분자가 고체 표면에 물리적으로 부착되는 과정이며, 화학적 흡수는 CO2가 화학 반응에 의해 액체 흡수제와 결합하는 방식입니다. 특히, 흡수 방식은 CO2와 물리-화학적 상호작용이 강한 액체 물질을 이용하여 CO2를 포집하며, 다양한 흡수제가 상용화되고 있습니다.

  • 2-4. 막 분리 기술

  • 막 분리 기술은 특히 CO2와 기타 가스를 선택적으로 분리하는 데 사용됩니다. 이 기술은 에너지 효율성이 높고, 공간 소모를 줄일 수 있는 장점이 있어 선박 적용에 적합할 수 있습니다.

3. 최신 기술 동향

  • 3-1. 흡수식 포집 기술

  • 흡수식 포집 기술은 CO2와 강한 물리-화학적 상호작용을 가지는 액체 물질을 이용하여 CO2를 포집하는 방식입니다. 이 기술은 이미 육상에서 대용량 발전시설에 상용화되어 있으며, 검증이 완료된 방법으로 알려져 있습니다. 기존 설비 변경 없이 이산화탄소 포집 설비를 설치할 수 있는 장점이 있습니다. 그러나 흡수탑 및 재생탑 설비의 규모가 크고 중량이 무거워 선박의 조건에 맞춘 최적 설계가 필요로 합니다. 흡수 방식은 상대적으로 큰 에너지를 필요로 하며, 기존 아민 계열 흡수제의 경우 약 3~4 GJ/ton CO2의 에너지를 소모합니다.

  • 3-2. 분리막 기술

  • 분리막 기술은 선상 이산화탄소 포집 시스템에서 CO2를 선택적으로 분리하는 방법입니다. 이 방식은 에너지 효율성 측면에서 장점이 있지만, 현재 상용화된 기술은 제한적이며, 추가적인 연구개발이 필요한 상태입니다. 흡수식 기술과의 조합으로 활용될 가능성이 연구되고 있습니다.

  • 3-3. 극저온 포집 기술

  • 극저온 포집 기술은 CO2를 극저온 상태로 변환해 포집하는 방식입니다. 이 기술은 고압 기체 CO2 저장 방식, 중압 액체 CO2 저장 방식, 고체 CO2 저장 방식 등과 연계하여 활용될 수 있습니다. 그러나, 현재 상용화된 사례는 적고, 상업적 운용이 가능한 형태로 개발되기 위해서는 더 많은 연구가 이뤄져야 할 필요가 있습니다.

  • 3-4. 신재생에너지 기반 탄소 전환

  • 신재생에너지 기반의 탄소 전환 기술은 포집된 CO2를 활용하여 블루 메탄올, 블루 암모니아 등의 연료로 전환할 수 있는 방안입니다. 이 기술은 탄소를 재활용하여 새로운 연료를 생성할 수 있는 가능성을 제시하고 있으며, IMO에서는 향후 탄소중립 실현을 위한 필수 기술 중 하나로 평가하고 있습니다. 이러한 기술적 발전들은 해양 산업에서의 탄소 배출 절감을 위한 중요한 동력이 될 것으로 기대됩니다.

4. 선박 적용 사례

  • 4-1. 국내 해운사 HMM의 OCCS 도입 사례

  • 국제해사기구는 2050년부터 선박 탄소 배출량을 100% 감축하겠다는 목표를 설정하였고, 국내 최대 해운사 HMM의 컨테이너 선박에 국내 기술로 개발된 이산화탄소 포집 시스템(OCCS)이 장착되었습니다. 이 시스템은 한 시간에 이산화탄소 1톤, 하루 최대 24톤을 포집할 수 있는 국내 최대 규모입니다. 포집된 이산화탄소는 액화를 통해 부피를 줄인 후 별도의 탱크에 저장되며, 육상에서 첨단 농작물 재배나 드라이아이스 제조에 활용됩니다.

  • 4-2. OCCS 기술의 원리와 효율성

  • OCCS 기술은 배기가스 내의 이산화탄소를 포집하는 장치로 구성되어 있습니다. 이 장치는 기존의 배기가스 설비를 변경하지 않고도 설치가 가능하며, 선박의 운항 안정성을 저해하지 않습니다. 이는 대기환경 규제가 강화되고 있는 현 시점에서 매우 중요한 기술적 메리트를 제공합니다. HMM의 R&D 팀장에 따르면 이 시스템은 해운회사가 직면한 탈탄소 도전을 해결하기 위한 잠재적인 게임체인저라고 평가받고 있습니다.

  • 4-3. 포집된 CO₂ 활용 방안

  • 포집된 이산화탄소는 육상에서 사용할 수 있는 다양한 방식으로 활용되며, 주요 활용분야로는 첨단 농작물 재배와 드라이아이스 제조가 있습니다. 이 기술의 도입으로 탄소를 부가가치 있는 자원으로 전환할 수 있는 가능성이 열리게 됩니다.

  • 4-4. 일본 및 기타 국가의 선박 적용

  • 해외에서도 OCCS 기술의 채택이 확산되고 있으며, 일본 등 다른 국가에서도 유사한 기술 개발과 적용이 진행되고 있습니다. 이는 국제 해양 규제가 심화됨에 따라 탄소 배출을 줄이기 위한 다양한 노력의 일환으로 평가되고 있습니다.

5. 국제 해사기구(IMO) 규제 및 방향

  • 5-1. IMO의 2050 탄소 감축 목표

  • 국제 해사기구(IMO)는 2050년까지 탄소 배출량을 2008년 대비 50% 이상 줄일 것을 목표로 하고 있습니다. 이러한 목표는 해상 운송 분야에서의 탄소 중립화를 달성하기 위한 중요한 지침으로, 다양한 기술적 발전과 규제의 도입이 필요합니다.

  • 5-2. IMO 규제의 주요 내용

  • IMO의 규제는 선박의 온실가스 배출을 줄이기 위한 여러 가지 조치를 포함하고 있으며, 특히 선상 이산화탄소 포집 시스템(Carbon Capture Systems) 기술의 활용이 강조되고 있습니다. 이러한 기술들은 기존의 에너지 효율 개선 조치와 함께 이행되어야 하며, 선박 운영자들은 이를 준수해야 합니다.

  • 5-3. 규제에 따른 기술적 요구 사항

  • IMO의 규제는 선박에 대한 배기가스 감축 및 이산화탄소 포집 솔루션의 도입을 요구하고 있습니다. 이와 관련하여 기존의 흡수법, 분리막, 극저온, 흡착 방식 등이 기술적 요구 사항으로 제시되며, 특히 흡수 방식의 경량화와 규모 최적화가 중요해지고 있습니다.

  • 5-4. LCO₂ 운송 및 관리 기술

  • 이산화탄소는 포집 후 효과적으로 운송 및 관리되어야 합니다. IMO는 중압 액체 CO₂ 저장 방식, 고압 기체 CO₂ 저장 방식 등의 기술적 방안을 검토하고 있으며, 이들 방식의 경제성과 효율성을 비교 고려하는 중입니다. 현재 기술 개발 방향은 2030년까지의 상용화를 목표로 하며, 2050년 탄소중립 실현을 지원하기 위한 필수적인 기술로 자리잡고 있습니다.

6. 경제적 및 환경적 영향

  • 6-1. 경제적 이익과 비용 분석

  • 포스코플로우는 광양항 원료부두의 하역시설 개선을 통해 하역 효율을 30% 이상 증가시켰습니다. 이 과정에서 원료 손실을 12% 줄임으로써 포스코 그룹의 원가 경쟁력을 강화하였습니다. 이는 이차전지 소재 원료인 니켈광석의 포장과 하역에서 발생할 수 있는 설비 파손 문제를 해결하기 위한 조치로, 설비 트러블을 최소화하는데 기여하였습니다.

  • 6-2. 환경적 이점

  • 선박해양플랜트연구소의 OCCS(선상 이산화탄소 포집 시스템)는 대형 선박 엔진에서 배출되는 이산화탄소를 90% 이상 감축할 수 있는 기술로 주목받고 있습니다. 이 시스템은 온실가스를 대량으로 줄이는 데 기여하며, 선박의 탄소중립 달성을 위한 중요한 기술로 자리잡고 있습니다.

  • 6-3. 탄소 배출권 거래 시장

  • 탄소 배출권 거래 시장은 CCU 기술의 경제적 이익을 더욱 부각시키고 있습니다. 기업들은 탄소 배출을 줄임으로써 적립한 배출권을 거래할 수 있는 기회를 가지며, 이는 기업의 재정적 이익으로 이어질 수 있습니다.

  • 6-4. 미래 시장 전망

  • OCCS는 수소 및 암모니아와 같은 무탄소 선박 연료 기술 개발을 촉진하는데 필수적입니다. 선박해양플랜트연구소는 2023년부터 2028년까지 이 시스템의 기술개발을 지속적으로 추진할 계획이며, 이를 통해 연간 30만 톤의 e-메탄올을 생산하기 위한 연구도 진행 중입니다. 이는 미래 친환경 선박 연료 시장에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

7. 결론

  • CCU 기술은 기후 변화와 탄소 배출 문제를 해결하기 위한 필수 기술로 자리잡았습니다. 특히 선박에서는 선상 이산화탄소 포집 시스템(OCCS)이 해운업계의 탄소중립 실현 목표에 중요한 기여를 하고 있으며, 이미 여러 해운사들이 이 기술을 도입하여 실증 연구를 진행하고 있습니다. 국제 해사기구(IMO)의 엄격한 규제와 목표에 맞추어 이산화탄소 포집 및 사용 기술이 더욱 발전할 것으로 예상되며, 이를 위해 지속적인 연구와 투자가 필요합니다. AGOO의 경우, 탄소중립 실현을 위한 기술적 요구 사항을 상세히 제시하고 있으며, CCU 기술이 에너지 효율성과 경제성을 갖추는 것이 향후의 과제로 남아 있습니다. 미래에는 CCU 기술의 상용화와 더불어 탄소 배출을 최소화할 수 있는 다양한 신재생에너지 연계 방안이 해운, 산업 전반에서 널리 활용될 전망입니다.

8. 용어집

  • 8-1. CCU (탄소포집장치) [기술]

  • 이산화탄소를 대기 중에서 포집하여 저장하거나 재활용하는 기술로, 기후 변화와 탄소 배출 문제 해결에 기여하는 중요한 기술입니다.

  • 8-2. OCCS (선상 이산화탄소 포집 시스템) [기술]

  • 선박 엔진에서 배출되는 이산화탄소를 포집하여 저장하는 시스템으로, 해운업계의 탄소중립 실현에 중요한 역할을 합니다.

  • 8-3. IMO (국제 해사기구) [기관]

  • 국제 해사기구는 해운업계의 탄소 배출을 줄이기 위한 규제와 목표를 설정하는 국제기구로, 2050년까지 선박의 탄소 배출량을 100% 감축하는 목표를 세웠습니다.

  • 8-4. HMM [회사]

  • 국내 최대 해운사로, 선상 이산화탄소 포집 시스템(OCCS)을 도입하여 선박의 탄소 배출량을 줄이는 데 앞장서고 있습니다.

9. 출처 문서