롯데케미칼, 기체분리막 CCU 기술이 블루수소 생산으로

기존 생산체계 변경을 최소화하면서 온실가스 감축 가능한 CCUS 기술
롯데케미칼, 블루수소 생산 위한 하이브리드 탄소포집 액화공정 기술 개발 참여
지난해 국내 화학사 최초 기체분리막 CCU 파일럿 설비 설치해 실증 완료
2023년 하반기 상업생산 목표, 분리막 탄소포집 상용화 추진

국내 기업의 탄소중립 대응 방안은 크게 생산공정 설비개선과 신재생에너지 도입, CCUS 적용으로 구분된다. 생산공정 설비개선은 실제 산업 전부문에 적용하기 위해서는 장기간의 시일이 소요되며, 신재생에너지 전환은 선진국 대비 원천기술이 부족한 형편이다.

CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage)는 이산화탄소(CO2)를 포집·활용·저장하는 기술로 기존 생산체계 변경을 최소화하면서 온실가스 감축이 가능하다. 탄소 배출량 저감을 위한 공정개선과 달리 이미 배출된 탄소를 포집하는 기술이며, 대규모 공정 전환이 요구되지 않아 국내 산업 활동을 일정 수준 유지하면서 저탄소 전환을 가능케 하는 대안으로 2050년 탄소중립을 이행하기 위한 기술로 주목받고 있다.

과학기술정보통신부, 탄소중립 기술혁신 10대 핵심기술 /산은조사월보 갈무리

과학기술정보통신부 CCU 분야 국책과제인 ‘블루수소 생산을 위한 하이브리드식 CO2 포집 액화공정의 최적화 및 실증’에서 공동연구기관으로 선정된 롯데케미칼은 지난 8일 협약을 체결하고, 블루수소 생산을 위한 하이브리드 CO2 포집 액화공정 기술 개발에 나선다고 28일 밝혔다.

해당 과제의 참여기관은 12개 기관으로 주관연구기관으로는 현대건설, 공동연구기관으로는 롯데케미칼을 비롯해 현대자동차, 한국에너지기술연구원, 맑은환경산업, 이도, 한국특수가스가 참여하며, 위탁연구기관으로는 공주대학교, 단국대학교, 서울시립대학교, 에이치케이씨, 한국기후변화연구원 등이다.

연구개발 기간은 올해 4월 1일부터 2024년 말까지 총 33개월이다. 이번 과제는 일일 100톤 이상의 CO2를 포집하고 활용하는 공정을 개발하는 프로젝트로 평택수소특화지구에서 현장 실증을 거친 후 연간 100만 톤 급 상용화 공정 설계수행을 통한 기술내재화가 목표다.

롯데케미칼에 따르면 하이브리드 CO2 포집 기술에는 기체분리막을 이용한 ▲막분리법, 흡수제를 이용한 ▲습식법(현대건설), ▲VSA(Vacuum Swing Adsorption)법이 적용될 예정이다. 각각의 포집법은 블루수소 생산 과정에서 발생되는 CO2 특성에 따라 최적화 기술을 개발해 향후 블루수소 생산 효율 개선에 기여할 것으로 기대된다.

롯데케미칼이 보유한 기체분리막 CCU 기술을 활용하여 블루수소 생산 과정에서 발생되는 연소배가스를 대상으로 하는 기술 개발을 진행하고, 액화 공정 중 손실되는 가스에서 탄소를 재회수하는 부분까지 기술을 확대해 블루수소 생산 경쟁력을 강화하게 된다.

롯데케미칼의 CCU 설비 공정은 석유화학제품의 원료인 에틸렌을 생산하는 납사분해공정(NCC)에 배관을 연결한 후, 원료 생산 시 배출되는 배기가스를 수집해 이산화탄소를 분리하는 형태로 구성된다.

전처리 공정을 통해 NCC 굴뚝에서 나온 배기가스 중 먼지(Dust), 수분 등을 제거한 후 일정 압력으로 승압하고, 기체 분리막 공정을 통해 CO2를 분리, 포집하는 과정을 거친다. 여러 차례 분리막 공정을 거치면 순도 90~95%의 이산화탄소를 얻을 수 있다.

지난해 3월 여수 1공장 내에 국내 화학사 최초로 롯데케미칼이 기체분리막 CCU 파일럿 설비를 설치하고 9개월 간의 실증 운영을 진행했으며, 탄소 포집용 기체분리막의 성능 검증을 완료했다. 실증 과정에서 수집, 분석한 데이터 및 운전 기술을 바탕으로 대산공장에 글로벌 화학사 최초 분리막 탄소포집 상용화를 추진하고 있다고. 또한 블루수소 생산분야의 탄소포집 기술까지 확보해 친환경 수소 성장 로드맵 ‘Every step for H2’ 실현에 한걸음 더 다가설 수 있을 것으로 기대하고 있다.

지난해 7월 롯데케미칼은 친환경 수소 성장 로드맵을 발표하고 2030년까지 탄소중립 성장 달성과 함께 국내 수소 수요의 30%를 공급하겠다고 밝힌 바 있다.

롯데케미칼의 친환경 수소 성장 로드맵 ‘Every step for H2’ /이미지=롯데케미칼

28일 롯데케미칼 기초소재사업 황진구 대표는 “롯데케미칼의 기체분리막 탄소포집 기술이 이번 과제를 통해 블루수소 생산 현장까지 활용되는 것에 의의가 있다”며, “롯데케미칼은 해당 기술의 추가 연구를 통해 활용도를 확대해 탄소 중립에 기여할 것”이라고 밝혔다.

한편, 롯데케미칼은 KAIST(한국과학기술원)와 함께 ‘탄소중립연구센터’를 설립해 ▲폐플라스틱 열분해 및 수전해를 통한 청정 수소 생산 ▲친환경 납사 생산 기술 ▲액상 유기 수소 저장 및 운반체 기술 ▲전 과정 평가(LCA) 통한 청정 수소 생산단가 최적화 및 탄소배출량 저감 등 기술개발과 경제성 분석의 과제를 선정하여 연구를 추진 중이다.

포인트경제 김지연 기자