석유 대신 ‘탄소 제로 에너지’로 떠오른 합성 가스 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (213)

석유는 우리 일상생활에 필요한 다양한 화학제품을 만들고, 에너지를 공급해는 데 없어서는 안될 물질입니다. 하지만 자원 고갈의 문제와 함께 이산화탄소 배출로 지구 온난화 문제를 함께 안기고 있습니다.

이에 석유를 대체하기 위한 다양한 연구가 시도되고 있는데요, 그 중 하나가 바로 합성가스입니다. 자원이 부족한 우리에게 가장 필요한 기술이기도 한데요. 

최근 이산화탄소 포집기술을 이용해 합성가스 생산 중 발생하는 탄소 배출까지 줄인 친환경 기술이 등장해 ‘탄소 제로’ 에너지로 주목받고 있습니다. 오늘은 새롭게 떠오르고 있는 합성가스를 소개하겠습니다.

◆제품 원료에서 에너지로…합성가스란

합성가스(Syngas·synthetic gas 또는 synthesis gas)는 화학 반응의 공급 원료로 사용하는 수소와 일산화탄소의 혼합 기체입니다. 합성가스는 암모니아와 디메틸에테르, 메탄올을 포함하는 다양한 화학제품의 원료가 되며, 전기 발전 등의 에너지원이 될 수 있습니다.

석탄과 나프타 같은 석유계 탄화수소 화합물뿐만 아니라 바이오매스와 이산화탄소를 활용해 합성가스를 생산할 수 있습니다. 최근에는 합성가스로 수소를 생산하는 기술까지 등장해 기존 화학제품 원료에서 에너지원의 합성연료로 그 활용방법이 다양해지고 있습니다.

◆합성가스 제조 방법

출처=(사)한국화학공학회 

1) IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle): 석탄가스화복합발전 2) SNG(Synthetic Natural Gas): 합성천연가스

바이오매스와 석탄은 가스화 설비를 통해 합성가스로 전환됩니다.

가스화기 내부에서는 부분 산화, 수증기 개질, 이산화탄소 개질, 수소 개질, 수성 가스화 등 여러 반응이 일어나면서 합성가스가 만들어집니다. 이후 정제공정을 통해 불순물을 제거한 뒤 화학물질을 합성하거나 연료로 공급됩니다.

◆합성가스로 수소 생산 기술

팔라듐 분리막 적용 결과, 반응효과 향상, 공정온도 저감, 이산화탄소 포집률 상승 이미지. 출처=에너지기술연구원

2019년 국내 연구진이 합성가스에서 고순도 수소를 생산하는 기술을 발표했습니다. 한국에너지기술연구원은 효율적인 수소 생산과 정제를 보증하는 ‘복합막 형태의 팔라듐 분리막 기반 수소 생산·정제 핵심 기술’을 개발했는데, 덕분에 별도의 정제 공정을 추가하지 않아도 합성가스 중 수소만 선택적으로 분리 정제할 수 있게 됐습니다.

합성가스에서 수소만 분리해내기 때문에 남아있는 이산화탄소를 쉽게 포집할 수 있어 온실 가스 감축 효과도 가져올 수 있습니다.

◆탄소 포집·저장기술로 ‘탄소 제로’ 합성가스 생산

‘탄소 제로’ 합성가스 공정 이미지

기존 합성가스 생산 공정은 가스의 분리와 정제를 위해 높은 열을 가하는 과정에서 이산화탄소를 배출하게 됩니다. 한화솔루션은 최근 합성가스 생산시설에 이산화탄소를 반복 재이용하는 ‘탄소 포집 및 저장(CCU)’ 기술을 적용한 결과 발생하는 이산화탄소를 전량 회수하고 가스 생산에 다시 투입해 이산화탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있게 됐습니다. 이는 연간 약 3600그루의 나무가 흡수하는 분량인 10t의 탄소량에 해당합니다.

석유 및 천연 가스 등 천연자원의 고갈에 대비하면서, 탄소 배출을 줄인 신재생 에너지로 주목받고 있는 합성가스! 에너지와 환경, 자원 모두를 생각한 합성가스의 활약을 기대해주세요.

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