[창간특집] 최신기술로 집단에너지 경제성 잡는다
[창간특집] 최신기술로 집단에너지 경제성 잡는다
  • 류희선 기자
  • 승인 2020.09.21
  • 댓글 0
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CCUS·CDI 앞세워 친환경 발전소 ‘전환’
탄소제로 에너지 공급 실현
화학약품 없는 수처리 신기술 개발
 

[투데이에너지 류희선 기자] 기후변화 대응과 에너지전환 중심에 ‘분산에너지’가 자리하고 있다. 분산에너지의 가장 큰 역할은 ‘집단에너지’가 담당한다.

히 소비자에 더욱더 친화적인 발전소로 도약하기 위해 다방면의 친환경 기술개발로 집단에너지사업을 영위하겠다는 의지를 내비치고 있다. 

본지는 이번 특집을 통해 지속가능한 집단에너지사업을 위한 친환경 기술을 살펴보고자 한다. /편집자 주

■ 이산화탄소 잡고 수익창출, 친환경 ‘CCUS’
집단에너지가 ‘친환경’ 발전소로 탈바꿈하고 있다. 한국지역난방공사는 지난 3월 탄소제로화를 꿈꾸며 탄소자원화 하이브리드 기술을 접목한 CCUS(Carbone Capture Utilization Storage: 이산화탄소 포집) 기술을 공개해 운영 중이다.

현재 이 기술은 한난 판교지사에서 운영중 이며 지난 1일 발표한 한난형 그린뉴딜 4대전략 가운데 그린기술 R&D사업에 탄소포집·이용으로 CCUS가 포함됐다.

도심모델로서 적합한 콤팩트형 CCUS는 이후 많은 각광을 받으면서 한국환경공단과 산업통상자원부 온실가스 기획팀에서도 관심을 갖고 있다. 

이 기술은 한난 미래개발원이 주관하고 고려대학교, (주)에어레인, 고등기술연구원이 국가R&D과제(산업통상자원부)에 참여했다.

CCUS 기술은 기존 이산화탄소 포집 설비의 1/8 수준의 부지만이 필요한 이산화탄소 콤팩트 막분리 포집 기술인 하이플럭스 분리막(기체분리막)을 적용한다. 

하이플럭스 분리막은 다양한 재질의 중공사막에 배기가스를 통과시키면 여러 기체성분(이산화탄소, 질소 등)이 크기와 투과속도 차이에 의해 빠른 속도로 분리된다.

이 기술을 적용할 경우 협소한 공간으로 기존 CCS 공정을 설치할 수 없었던 도심발전소나 산업단지에도 하이플럭스 분리막 공정을 통해 배기가스 내 이산화탄소를 빠르고 저렴한 비용으로 효율적인 포집분리가 가능하다.

또한 고농축된 배기가스를 건자재나 고칼슘재를 생산하는 광물화 기술과 항산화물질인 아스타잔틴 등 건강식품을 생산하는 미세조류 광배양 공정을 하는 친환경 탄소자원화 하이브리드 기술로 처리해 보다 효율성이 높고 다양한 고가 제품들을 생산, 수익을 창출할 수 있는 사업성도 보장되는 것이다.

장원석 한난 미래개발원 수석연구원(연구책임자)은 “이번 기술개발의 의미는 도심지 특성상 공간이 협소한 도심형발전소에서도 컴팩트한 막분리 포집설비로 효과적인 CO₂ 포집분리를 행한 후 이를 활용해 광물화 공정 및 미세조류 공정을 연계처리 공정을 시행할 수 있다”라며 “많은 양의 CO₂를 처리하면서 수익성이 있는 상당량의 고가물질(건자재, 건강식품 등)을 생산할 수 있다”고 설명했다.

이는 향후 협소한 도심에서도 경제성을 갖춘 효과적인 온실가스 처리공정을 실증화할 수 있기에 효율성을 극대화하면서 좋은 비즈니스 모델을 확립할 수 있다.

특히 미세조류에서만 추출이 가능한 식물성 오메가3, 클로렐라 등 다양한 건강식품과 고급사료를 생산할 수 있어 고부가가치 물질 생산으로 수익창출까지 이어지는 경제성이 눈에 띈다.

■ 화학약품 없는 친환경 수처리 ‘CDI’

 

 한난 화성지사에는 화학약품을 전혀 사용하지 않고도 물을 정화할 수 있는 기술이 개발돼 주목을 받고 있다.

한난은 두산중공업과 공동으로 국내 최초 최대 규모의 친환경 수처리공정인 ‘전기흡착식 탈염화(CDI: Capacitive De-Ionization)’ 기술 현장 실증에 성공했으며 현재 용량을 늘리기위해 지속적인 연구개발을 진행하고 있다. 

실제 화성지사에서 지난 2~3월에는 난방수 7,300톤을, 4~8월 순수 1만1,286톤을 처리했으며 9월부터 냉각탑BD수 처리에 본격 들어갔다.

화학약품을 사용해 수처리를 진행하며 우려됐던 안전사고를 줄이고 더불어 화학약품 비용, 환경에 유해한 물질 사용을 최소화해 친환경에 한발 더 다가설 수 있게 됐다.

올해 하루 500톤을 처리할 수 있는 대규모의 CDI 실증플랜트를 한난 화성지사에 설치해 현장 실증화에 성공, 화학약품을 사용하지 않아도 발전소 수처리가 가능해졌다.

CDI는 전기화학적 원리를 이용해 물속 불순물(이온)을 제거하는 기술이다. 다양한 이온이 포함된 원수를 양이온(+), 음이온(-)으로 충전된 탄소전극으로 통과시키면 원수 내 Ca²+, Mg²+과 같은 (+)이온은 (-)전극에 흡착되고 CO₃²-, SO₄²-와 같은 (-)이온은 (+)전극에 흡착돼 이를 제거함으로써 이온이 없는 깨끗한 처리수를 생산할 수 있게 된다.

흡착된 (+)이온과 (-)이온을 제거하는 원리는 흡착된 탄소 전극의 극을 바꿔 (+)·(-)로 방전시키면 탄소전극에서 이온들이 탈착돼 별도로 농축수를 제거(배출)할 수 있으며 이후 탄소전극을 (-)·(+)로 교체해 충전시키면 다시 이온이 제거된 생산수를 얻을 수 있는 원리이다. 

특히 대상원수에 따라 차이가 있으나 염(이온)제거율은 평균 90%를 항상 유지하며 생산수와 농축수의 수량은 최대 5:1 정도로 생산수량이 훨씬 많은 것이 이번 기술의 특징이다.

CDI기술은 처리비용 절감뿐 아니라 설비공간 60%이상 감소, 수처리 약품비용 90% 이상을 절감할 수 있기에 기존 이온교환설비(2,000톤/일 기준)대비 연간 8억5,000만원 가량의 비용절감이 가능하다.

또한 다양한 발전설비에 맞는 경제적이고 간편한 친환경 수처리 방식을 도출해 처리비용 절감 및 수익창출 상용화 모델을 도출 할 것으로 보인다. 

CDI는 고온수 처리도 충분히 가능하다. 아울러 기존설비보다 컴팩트해 공간효율이 높고 기존대비 지역난방 순환수, 시수, 냉각탑BD수에 대한 염(이온) 제거율이 90% 이상임을 확인, 회수율도 80% 이상 확보 가능하며 처리수질이 좋아 충분히 재사용할 수 있다.

특히 유해화학물질을 전혀 사용하지 않아 작업자의 안전과 보건위험성을 보장하며 지역난방 특성상 도심에 설치된 발전소 인근 주민의 안전 및 환경 우려를 불식시키는 친환경 수처리기술로 각광받고 있다.

 

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