광물로 CO2를 어떻게 잡을까?

어쩌면 생소할 수 있는 광물탄산화,CCS

 

  지구온난화로 이상기후가 심화되고 생태계가 무너지고있다. 지구온난화를 유발시키는 많은 원인이 있지만 이산화탄소가 가장 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 다음과 같이 평균 온도 상승률이 증가하고 있고 이산화탄소의 양도 증가하고 있다.

[그림1. 연간 온도 변화률]

출처 : NASA CO2

[그림 2. 연간 온실가스 양]

출처 : NASA CO2

오늘날에는 신재생에너지를 통해 화석연료의 사용을 줄이고자 하는 노력이 지속되고 있지만, 화석연료에 많이 의존할 수 밖에 없는 현실과 이미 배출된 이산화탄소로 인해 지구 온난화는 계속되고 있다. 아직까지는 화석연료를 사용할 수 밖에 없기 때문에 배출되는 이산화탄소를 줄이거나 대기에 있는 이산화탄소를 없애주기만 한다면 지구온난화를 억제하는데 도움이 될 것이다.

그래서 Carbon Capture & Storage (이하 CCS) 라는 기술이 주목받고 있다. CCS란 이산화탄소 포집 및 저장하는 기술로 이산화탄소를 줄일 수 있는 방법이다. 이산화탄소를 저장하기 위해선 대기중에 있는 이산화탄소를 포집해야 한다. 하지만 대기중에는 이산화탄소를 포집하기에는 어려움이 있어 효율적이지 않지만, 이산화탄소를 다량 배출하는 공장이나 파워플랜트에는 매우 적합한 기술이다.

[그림 3. 분야별 이산화탄소 배출]

출처 : IEA(2016), ETP 2016 data visualation

[그림 3.]에서 볼 수 있듯이 산업공장이나 파워 플랜트에서 발생되는 이산화탄소의 양은 전체의 60%를 차지하기 때문에 CCS 기술을 적용시키면 효과적일 것이다.

이산화탄소를 저장하는 곳으로는 대게 땅속이나 해양에 저장하곤 한다

[그림 4. 이산화 탄소를 저장하는 방법]

출처 : DIGERATI & TECHNOLOGY REPORTS(2011), Environmental Posts

하지만 이렇게 저장하면 지진과 같은 자연적으로 발생하는 누출로 인하여 다시 대기중으로 방출될 위험성이 있다.

따라서 이러한 리스크를 줄이기 위해 광물 탄산화(Mineral carbonation)라는 기술을 사용하기도 한다.

 mineral carbonation는 광물(Ca,Mg)에 이산화탄소를 반응시켜 탄산칼슘과 같은 carbonate 형태로 만든다. 이러한 광물 탄산화의 장점은 열역학적으로 안정한 상태라 자연적인 분해도 없고, 광물을 공장에서 사용하고 남은 폐 slag를 사용하기 때문에 폐 자원을 이용하는 장점도 있다.

[그림 5. 탄소의 안정한 상태]

출처 : 채수천 외. “CO2 저감을 위한 광물 탄산화 반응의 연구동향”, 지질 학회지, 10, 2009, 527-555

이렇게 만든 carbonate는 플라스틱, 페인트, 고무등 여러 충진제로 사용 될 수 있다. 그래서 현재 이에 대하여 대기업과 공사에서도 연구가 활발히 진행되고 있다. 또 다른 장점으로는 [그림 5]에서 carbon dioxide 가 carbonate 형태로 가면서 열을 내기 때문에 이 반응의 역반응을 이용하면 열을 저장용도로 사용 할 수 있고, 이산화탄소를 분리시키는 기술로도 활용 할 수 있다.

광물 탄산화에 대하여 전반적인 내용을 알아 보았다. CCS가 에너지에 대한 내용은 아니지만 지구온난화에 큰 영향을 주는 이산화탄소를 없애거나 줄일수 있다는 점. 그리고 폐 slag를 사용하여 폐자원을 재활용을 할 뿐더러 생성물인 carbonate로도 활용분야가 많다는 점에서 매우 매력적인 기술이라고 생각한다. 이 이외에도 CCS를 에너지 저장장치로 이용 할 수 있기 때문에 이 활용분야는 무궁무진하다고 생각한다.