에너지
이산화탄소 포집을 위한 대안 솔루션
이산화탄소 포집은 기후 변화로 인한 피해를 성공적으로 역전시키기 위해 중요합니다. 그러나 인간 문명이 달성하고자 하는 이상과 현실 간에 충돌이 존재합니다. 파리 협정은 산업화 이전 수준을 기준으로 글로벌 평균 기온 상승을 2°C 이하로 유지하기 위한 글로벌 약속을 표시했습니다.
화석 연료에서 멀어져 1.5도 섭씨로 온도 상승을 제한하기 위한 진정한 노력이 필요했지만, 국제 에너지 기구(IEA)의 보고에 따르면 석탄과 가스 연료로 구동되는 발전소가 글로벌 전력 부문에서 지배적입니다.
실제로, 재생 가능 에너지源으로 더욱 적극적으로 전환하려는 글로벌 추진에도 불구하고, 2000년 이후 화석 연료로 발생한 전력은 70% 증가했습니다. 석탄은 여전히 전력 생성을 위한 최대 연료원으로 38%를 차지하며, 가스는 약 20%를 차지합니다.
전 세계적으로 시행되는 정책은 기존 석탄 발전소와 현재 건설 중인 발전소의 배출량 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 그러나 이산화탄소 배출量의 감소 또는 감소는 열을 가두는 탄소의 부재를 보장하지 않습니다. IEA는 기존 석탄 발전소의 이산화탄소 배출량이 약 40% 감소할 경우, 2040년에 연간 배출량은 여전히 6 GtCO2/년으로 남을 것이라고 지적합니다.
이러한 시나리오에서, 기후 목표를 달성하는 것은 배출량만 감소시킴으로써 불가능할 것입니다. 탄소를 포집하여 대규모로 이용 및 저장할 수 있는 대안 솔루션이 필요할 것입니다. 그러나 이러한 솔루션은 전체적으로 타당하고, 비용 효율적이며, 장기적으로 실행 가능해야 합니다.
최근에, 5월 1일 ACS 에너지 레터 저널에 발표된 연구에서, CU Boulder와 협력 연구자들은 많은 엔지니어가 이산화탄소 포집을 위해 탐색하는 인기 있는 접근 방식이 실패할 것이라고 밝혔습니다.
그러나 연구자들은 기존 시스템의 결함을 지적하는 것에서 멈추지 않고, 대신에 이산화탄소를 포집하고 연료로 변환하는 더 지속 가능한 솔루션을 제안했습니다.
다음 섹션에서, 우리는 원래 솔루션, 그 결함, 그리고 대안 솔루션을 통해 그 결함을 어떻게 수정할 수 있는지 살펴보겠습니다.
원래의 이산화탄소 포집 솔루션
원래 솔루션은 공기 접촉기를 사용하는 직접적인 공기 포집 접근 방식 중 하나를 의미합니다. 공기 접촉기는 공기를 기본 액체로 채워진 챔버로 끌어들이는巨大한 팬입니다. 이산화탄소는 화학적으로 산성이며, 기본 액체는 이산화탄소와 반응하여 탄산이나 비탄산을 형성합니다.
이산화탄소가 탄산이나 비탄산에 포집되면, 엔지니어들은 액체에서 이를 분리하여 플라스틱, 탄산 음료 등과 같은 제품으로 변환할 수 있습니다. 이러한 탄산과 비탄산이 추가적으로 처리되면, 집이나 항공기를 구동하는 연료로 작용할 수 있습니다. 한편, 기본 액체는 챔버로 돌아가서 더 많은 이산화탄소를 포집합니다.
이 솔루션은 탄소를 포집하고 추가적으로 이용하는 완벽한安排으로 보입니다. 그러나, 문제가 존재합니다.
메탄을 관리하는 것이 글로벌 기후 목표를 달성하는 데 핵심이 될 수 있습니다.
원래 솔루션의 문제
문제는 탄산이나 비탄산을 액체에서 분리하는 방식에 있습니다. 포집된 이산화탄소를 방출하려면, 기업들은 탄산 및 비탄산 용액을 최소 900˚C(1,652° F)까지加熱해야 합니다.
이 시스템에 숨겨진 함정에 대해 이야기하면서,윌슨 스미스는 다음과 같이 말했습니다.
“이산화탄소를 포집하기 위해 이산화탄소를 방출해야 한다면, 이는 탄소 포집의 목적을 무효화합니다.”
幸い, 연구자들은 과제를 넘어섰습니다. 기존 시스템의 결함을 지적하는 것 외에도, 더 지속 가능한 솔루션을 제안했습니다.
원래 솔루션의 대안
연구자들은 반응성 포집 공정을 배치하여 문제를 해결할 것을 제안했습니다. 그러나, 그들은 반응성 포집 공정의 전통적인 영역을 수정할 것을 추천했습니다.
반응성 포집은 전통적으로, 전기가 탄산 및 비탄산 용액에 적용되어, 챔버에서 이산화탄소와 기본 액체를 분리하는 공정을 의미합니다. 이것은 폐쇄 루프 시스템으로, 재활용 액체 형태로 더 많은 이산화탄소를 포집할 수 있습니다.
그러나, 연구자들은 산업 환경에서, 전기가 기본 액체를 재생성하여 공기에서 더 많은 이산화탄소를 포집하는 데 부족할 것이라고 지적했습니다. 이것은 매우 비효율적인 공정이 될 것입니다. 윌슨 스미스는 이 팀의 성과를 “하나의 기술로 여러 문제를 해결한다”라고 표현했습니다.
이 방법은 여러 가지 이점을 제공합니다. 주로, 재생 가능 에너지에 의해 작동할 수 있습니다. 또한, 더 많은 물을 산성 및 기본 이온으로 분리하여, 기본 액체가 더 많은 이산화탄소를 흡수하는 능력을 유지할 수 있습니다.
회사들은 책임을 다하고 있으며, 많은 회사들이 그 책임을 잘 수행하고 있습니다. 아래 섹션에서, 우리는 이 분야에서 혁신적이고 효율적인 솔루션을 개발한 회사들을 살펴보겠습니다.
#1. Graphyte
Graphyte는 자신을 세계 최초이자 유일한 이산화탄소 제거 솔루션으로 пози션하며, 이는 내구성이 뛰어나고, 비용 효율적이며, 즉시 확장 가능합니다. 내구성에서, Graphyte는 자신의 솔루션이 1,000년 이상 이산화탄소를 제거할 수 있다고 주장합니다.
비용 효율성 측면에서, 회사는 레벨화된 생산 비용이 100달러/톤 미만인 솔루션을 제공합니다. 확장성 측면에서, 회사는 수십억 톤의 탄소를 제거하는 것이 가능하다고 주장합니다.
Graphyte의 특정 방법은 탄소 캐스팅 접근 방식을 따르며, 이는 재료 및 농업 운영의 잔해와 같은 쉽게 이용할 수 있는 바이오매스를 활용합니다. Graphyte는 이 바이오매스를 건조하고 압축하여 밀도 높은 탄소 블록으로 변환합니다. 이러한 블록은 환경적으로 안전한 불투과성 장벽으로 되어 있으며, 최신 지하 시설에서 안전하게 저장할 수 있습니다.
Graphyte의 방법에 대해 이야기하면서, 바클레이 로저스는 다음과 같이 말했습니다.
“탄소 캐스팅은 자연이 이산화탄소를 포집하는 일을 효율적으로 수행하게 하며, 이후 엔지니어링 기술을 통해 이를 기후 관련 시간尺度로 저장할 수 있습니다. 이는 어디서나 수행할 수 있는 솔루션입니다. 이는 시장에 변화를 가져올 것입니다. 무엇보다도, 이는 지구를 구할 것입니다.”
Graphyte는 잠재력을 발휘하여 투자자 커뮤니티의 신뢰와 신용을 얻었습니다. 회사는 3,000만 달러의 시리즈 A 자금을 조달했습니다.
Graphyte와 같은 혁신적인 벤처 기업이 등장함에 따라, 잘 정립된 공공 회사인 Linde도 탄소 포집 및 이산화탄소 회수에 대한 흡착 기반 솔루션을 개발했습니다.
#2. Linde
Linde의 HISORP CC 흡착 기반 이산화탄소 포집 솔루션은 회사의 탄소 포집 포트폴리오에 최신 추가입니다. 이는 기존의 압력 스윙 흡착(PSA) 및 멤브레인 기술을 보완합니다.
HISORP CC 솔루션은 다양한 CO2 공급 농도에서 공기에서 CO2를 분리합니다.
이 솔루션은 여러 Linde 기술을 활용하여 99.7%의 포집률을 달성합니다. 이는 재생 가능 에너지에 의해 작동하며, 재생 과정에서 스팀이 필요하지 않습니다.
또한, HISORP CC는 저자본 비용 및 저운영 비용 기술로, 최소한의 탄소足跡을 가지고 있으며, 거의 추가 비용 없이 솔벤트 관리, 메이크업, 처리가 가능합니다.
Linde는 2023년에 330억 달러의 매출을 기록했습니다.
회사들이 목표를 달성하기 위해 노력하는 동안, 회사와 연구 기관 간의 학습 및 교환은 상호적입니다. 마지막 섹션에서, 우리는 이 분야의 기술 연구를 살펴보겠습니다.
탄소 포집의 미래: 변革적 도구
2024년 7월, 연구자들은 탄소 포집을 가속화하기 위한 종합 플랫폼을 제안했습니다. 이를 PrISMa라고 하며, 이는 Process-Informed Design of tailor-made Sorbent Materials의 약자입니다.
이 플랫폼은 대규모로 탄소 포집 기술을 더 탄소 효율적으로 만드는 것을 목표로 합니다. 이는 단편적인 구성 요소와 이를 구현하는 사람들을 하나의 우산 아래로 가져옵니다.
PrISMa는 5개 지역의 60개 이상의 사례 연구를 비교하여, 다양한 기술을 사용하여 다양한 원천에서 CO2를 포집하는 것을 분석했습니다.
그리고, 다양한 이해관계자에게 기술의 비용 효율성, 공정 구성, 위치에 대한 정보를 제공했습니다. 또한, 최상위 성능의 흡착제의 분자 특성을 보여주고, 환경적 영향, 공동 이익, 트레이드 오프에 대한 정보를 제공했습니다.
PrISMa는 초기 연구 단계에서 이해관계자를 단결시키는 것을 목표로 하며, 이는 탄소 포집 기술의 개발을 가속화하여净零 세계로 나아가기 위한 것입니다.
PrISMa를 개발한 과학자들은 이 방법의 실제 사용 가능성에 대해 매우 낙관적입니다. 베렌드 스미트는 다음과 같이 말했습니다.
“이 혁신적인 접근 방식은 전통적인 시도와 오류 방법을 초월하여, 최상의 성능을 가진 물질을 탄소 포집을 위해 발견하는 것을 가속화합니다.”
PrISMa는 미래에重大한 잠재력을 가지고 있습니다. 실험 데이터와 분자 시뮬레이션을 사용하여, 이는 잠재적인 흡착제 물질의 흡착 특성을 예측할 수 있습니다.
이것은 개발자 커뮤니티가 정보에 기반한 선택을 할 수 있게 됩니다. PrISMa의 공정 層 특성은 과학자들이 공정 성능 매개변수, 즉純度, 회수율, 에너지 요구 사항 등을 계산하여, 탄소 포집 솔루션의 성능을 측정하고 벤치마크할 수 있게 합니다.
PrISMa는 또한 탄소 포집 공장의 경제적 및 기술적 타당성을 평가할 수 있으며, 공장의 전체 수명 주기 동안 환경적 영향을 평가하여, 포괄적인 지속 가능성을 보장합니다.
전체적으로, PrISMa는 혁명적이거나 변革적인 것입니다.
우리는 불충분한 솔루션으로 시작하여, 이제 PrISMa를 통해, 환경적으로 효율적이고, 확장 가능하며, 비용 효율적인 솔루션을 개발할 수 있습니다.
