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KAIST, 이산화탄소 활용 기술 효율·경제성 분석 툴 개발

이재형 교수 연구팀, 獨 아헨공대 연구진과 협력 연구
상용화 안되거나 연구중 기술 사전 분석해 유망 신기술에 연구 집중
열 가지 전기화학 전환 기반의 이산화탄소 활용 기술을 분석한 결과다. 해당 기술의 기술성숙도가 레벨 2라고 가정한 뒤, 각 기술이 이상적인 상황에서 달성 가능한 온실가스 저감 잠재량과 영업 이익을 분석했다. 녹색으로 표시된 기술은 온실가스 저감과 영업 이익을 동시에 달성할 수 있다. 파란색으로 표시된 기술은 온실가스 저감은 달성할 수 있으나, 영업 손실이 발생할 수 있다. 빨간색으로 표시된 기술은 영업 이익을 기대할 수 있으나 온실가스 저감 달성은 불가능하다. 회색으로 표시된 지표는 각 공정에서 발생하는 산소 부산물을 대기 중으로 배출했을 경우 예상되는 성능을 나타낸다.<사진= KAIST>열 가지 전기화학 전환 기반의 이산화탄소 활용 기술을 분석한 결과다. 해당 기술의 기술성숙도가 레벨 2라고 가정한 뒤, 각 기술이 이상적인 상황에서 달성 가능한 온실가스 저감 잠재량과 영업 이익을 분석했다. 녹색으로 표시된 기술은 온실가스 저감과 영업 이익을 동시에 달성할 수 있다. 파란색으로 표시된 기술은 온실가스 저감은 달성할 수 있으나, 영업 손실이 발생할 수 있다. 빨간색으로 표시된 기술은 영업 이익을 기대할 수 있으나 온실가스 저감 달성은 불가능하다. 회색으로 표시된 지표는 각 공정에서 발생하는 산소 부산물을 대기 중으로 배출했을 경우 예상되는 성능을 나타낸다.<사진= KAIST>

국내 연구진이 독일 연구진과 협력연구를 통해 이산화탄소 활용 기술을 평가하는 툴을 개발해 관심이 모아진다. 이산화탄소 활용을 위한 연구 효율성과 경제성을 사전에 파악할 수 있어 유망 신기술 발굴이 가능할 전망이다.

KAIST(총장 신성철)는 이재형 생명화학공학과 교수 연구팀이 아직 상용화가 안되거나 개발단계에 있는 이산화탄소 활용 기술을 사전에 분석하고 평가하는 툴(Tool)을 개발했다고 22일 밝혔다.

이산화탄소 활용 기술은 온실가스 배출량 저감과 동시에 경제적 이득을 얻을 수 있어 주목을 받아온 기술이다. 그러나 몇몇 기술을 제외하면 대부분 미성숙한 기술이지만 구체적인 기술 분석, 평가 방법이 전무했다.

연구팀이 개발한 툴은 상용화가 안돼 있거나 개발단계에 있는 이산화탄소 활용 기술을 대상으로 에너지 효율과 기술 경제성, 온실가스 저감 잠재량 등을 파악할 수 있다는 게 장점이다.

특히 연구팀은 기술 평가에 필요한 지표 계산이 가능하도록 해당 기술이 지니는 고유의 기술 성숙도와 다양한 이산화탄소 전환 특성(열화학 전환, 전기화학 전환, 생물 전환) 등 체계적이고 세분된 전략을 제시했다.

연구팀은 개발한 툴 검증을 위해 다양한 이산화탄소 활용 기술들을 대상으로 사례 연구도 수행했다. 우선 각 기술의 예상되는 성능을 분석, 이산화탄소 배출량 저감이 불가능한 또는 대체 기술보다 경쟁력이 떨어지는 기술을 파악했다. 또 전기화학 전환 기술을 통한 에틸렌 생산 기술을 분석, 해당 기술의 레벨변동와 지표 변화도 살폈다. 이외에도 기술 경제성과 탄소 발자국을 분석했다.

이번 연구는 독일 아헨공과대학교의 공정설계와 최적화 분야 전문가인 알렉산더 밋소스(Alexander Mitsos) 교수, 이산화탄소 포집과 활용 기술의 모든 과정 평가 분야 전문가인 안드레 바도우(André Bardow) 교수, 분리막과 전기화학분야 전문가인 마티아스 웨슬링(Matthias Wessling) 교수 연구팀과 긴밀한 협력을 통해 이뤄졌다.

이재형 교수는 "이번 연구성과는 현재 전 세계에서 연구되고 있는 다양한 이산화탄소 활용 기술에 적용 가능하다"면서 "아직 상용화가 안된 개발중인 미성숙 기술을 대상으로 에너지 효율과 비용대비 경제성 등을 정확하게 평가할 수 있어 유망 신기술에 연구개발 인력과 비용을 집중할 수 있다"고 강조했다.

이번 연구는 한국 이산화탄소 포집 및 처리 연구개발센터(KCRC)의 지원을 받아 수행됐다. 이재형 교수 연구실 노고산 박사가 제1저자로 참여했으며 연구성과는 녹색·지속 가능 기술분야 국제 학술지인 '녹색화학' 온라인에 지난달 21일 게재됐다.
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