1. 포집 단계 (어디서 잡아내는가)
- 연소 후 포집 (Post-combustion)
화력발전소, 소각시설 등에서 연료를 태운 뒤 열회수와 배가스 처리를 위한 환경 설비를 거친 후 최종 단계에서 배가스 중 CO2를 분리하여 포집하는 방법입니다. 기존 시설에 추가 설치 가능하다는 장점으로 상용화가 가장 앞서 있는 기술로서 실증 설비가 가동 중에 있습니다. 다만 배출가스 중 이산화탄소 농도가 낮아(10~15%) 에너지 소모가 크기 때문에 발전 생산량이 설비를 설치하지 않았을 때 보다 25% 이상 저감될 수 있다는 단점이 있습니다.
- 연소 전 포집 (Pre-combustion)
석탄, 가스 등 화석 연료를 연소하기 전에 가스화 또는 개질을 통하여 본래의 연료를 수소와 CO2로 전환시킨 후 이산화탄소를 포집하는 기술로서 석탄가스화 기술의 적용이 대표적인 대안입니다. CO2 농도가 높고 처리해야 할 가스의 절대량도 작아 연소 후 대비 포집 효율이 높습니다. 발전 생산량은 이산화탄소 저감 설비를 설치하지 않았을 때 보다 약 20% 저감되는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 가스화플랜트의 설치비가 일반 화력발전소보다 매우 비싸고, 운전이 까다롭고, 널리 보급되어 있지 않다는 단점이 있습니다.
- 순산소 연소 (Oxy-fuel combustion)
연소 후 포집에서 배가수 중 이산화탄소 농도가 낮은 가장 큰 이유는 공기 중에 있는 질소 성분 때문입니다. 이를 극복하기 위하여 공기 대신 산소로 연료를 태워 이산화탄소, 잔류 산소, 수분만 남게 하여 이산화탄소를 분리 포집하는 방법 입니다. 포집이 단순해지지만, 공기로 부터 산소를 분리하기 위한 설비(ASU)와 이에 필요한 전력 비용이 크게 증가하여 발전 효율이 연소후 포집과 유사하다는 문제점이 있습니다. 이를 해결하기 위해 ASU 없이 순산소 연소의 장점을 살릴 수 있는 CLC(Chemical Looping Combustion)등의 기술들이 등장하고 있습니다.
2. 포집 기술 방식 (어떤 원리로 잡아내는가)
- 습식 흡수법
이산화탄소를 화학적으로 결합할 수 있는 흡수제로 아민 용액을 사용합니다. 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑과 흡수된 아민 용액으로부터 이산화탄소를 탈착할 수 있는 재생탑으로 구성되어 있으며 재생시 필요한 열에너지를 발전소에서 생산되는 스팀을 이용합니다. 가장 성숙한 기술이지만 에너지 소모가 크다는 단점이 있습니다.
- 건식 흡착법
이산화탄소를 흡착할 수 있는 물질로 용액이 아닌 고체 흡착제(제올라이트 등)를 사용하기 때문에 물사용이 적다는 특징이 있지만 이산화탄소를 흡착한 고체로 부터 이산화탄소를 탈착 재생하기 위한 에너지가 필요합니다.
- 분리막법
배가스 중 이산화탄소만 선택적으로 통과시켜 분리하는 막을 이용하는 방법으로서 별도의 재생탑이 필요 없기 때문에 에너지 사용을 줄일 수 있다는 장점이 있습니다. 반면 이산화탄소의 농도가 높아야 분리 효과가 높기 때문에 발전소용 배가스 보다 바이오가스와 같이 이산화탄소가 농도가 높을 경우 경제성이 우수한 것으로 평가되고 있으며 소형화와 모듈형 제작이 가능하지만 아직 상용화 초기 단계 기술입니다.