기계연구원, 이산화탄소와 수소를 연료로 만드는 마이크로채널 반응기 개발
골치덩어리 이산화탄소를 연료로 바꾼다
탄소자원화를 통한 탄소중립 기여 기술
최근 정부의 2050 탄소중립 달성 추진에 따라 이산화탄소를 포집하고 활용하는 CCUS(탄소 포집 및 활용·저장 기술)기술이 주목받는 가운데 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 이산화탄소를 친환경 합성연료(e-Fuel/신재생 전력을 이용해 만든 수소를 기반으로 만든 액체연료로 바꾸는 마이크로채널 반응기 개발에 성공했다.
화석연료 사용으로 발생하는 이산화탄소 문제를 해결하고, 신재생에너지의 잉여전력도 활용할 수 있는 친환경 탄소중립 기술이 될 것으로 기대된다.
기계연 에너지기계연구본부 열시스템연구실 윤석호 실장 연구팀은 이산화 탄소와 신재생에너지 발전 잉여전력으로 만든 수소를 반응시켜 합성연료를 만드는 마이크로채널 반응기를 개발했다. 이번에 개발한 반응기는 1일 30㎏ 수준의 이산화탄소를 처리해 합성연료로 만들 수 있다.
연구팀은 마이크로채널의 설계 및 접합 등 제작에 필요한 기술과 반응 촉매 코팅 기술 등의 원천 기술을 확보하고, 기존 반응기 대비 1/5 크기의 반응기를 만드는 데 성공했다.
이렇게 만든 합성연료는 차량, 선박의 연료로 쓸 수 있으며 대용량으로 저장해 필요할 때 쓸 수 있다. 마이크로채널 반응기는 촉매와 반응을 일으키는 반응층과 열을 전달하는 열교환층이 교차로 쌓인 반응 장치다.
연구팀은 이 장치의 반응층에 머리카락 열 가닥 정도 두께의 채널을 만들고, 채널내부를 촉매로 코팅해 효율을 극대화시켰다. 이 반응기 내부를 이산화탄소와 수소가 통과하면서 촉매가 코팅된 채널과 반응을 일으켜 합성연료를 생산하게 된다.
한국기계연구원 에너지기계연구본부 열시스템연구실 윤석호 실장 연구팀이 마이크로채널 반응기로 이산화탄소와 수소를 반응시켜 얻은 합성연료
이 반응기는 작은 용량에도 불구하고 효율이 뛰어나기 때문에 대형 플랜트가 아니더라도 탄소 전환 공정이 필요한 곳이라면 어디든 소규모 탄소전환 시스템을 구축할 수 있다. 최근 주목받고 있는 분산형 재생에너지 시스템에도 적합하다.
특히 신재생에너지 발전시스템이나 선박 등 이산화탄소 배출원에 밀접하게 설치할 수 있어 이산화탄소를 운송하는데 드는 추가 비용 없이 청정 합성연료를 생산할 수 있다는 점도 장점이다.
열시스템연구실 윤석호 실장은 “마이크로채널 반응기는 기존 반응기보다 효율이 뛰어나 경제적이고, 규모를 줄일 수 있다는 것이 큰 장점”이라며 “향후 10 ㎾급의 이산화탄소 연료전환 공정을 개발하여 2050 탄소중립 달성에 기여하겠다”고 말했다.
한편 이번 연구는 기계연 기본사업 ‘Power to Fuel 시스템용 마이크로 채널 반응기 개발’ 과제의 지원을 받아서 수행됐다.
한국기계연구원
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