IGCC 발전공정 적용을 위한 습식 CO2 포집 상용 공정의 평가

천성남,이정빈,김준한,엄용석 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

초임계 미분탄(SPC; Supercritical Pulverized Coal) 보일러 발전공정을 대체하는 미래 신발전 공정의 하나로 가스화 복합발전공정(IGCC;Integrated Gasification and Combined Cycle)이 주목 받고 있다. IGCC 공정은 SPC 보일러 발전공정과 비교하여 높은 초기 투자비가 문제가 되지만 발전분야에서 문제로 지목되고 있는 지구온난화 가스인 이산화탄소 포집을 하는 경우 유리한 발전 방식으로 알려져 있다. MIT에서 발표된 자료에 따르면 SPC 발전방식과 IGCC 발전 방식에서 이산화탄소를 포집하는 경우의 발전효율 저감은 각각 9.2% P와 7.2% P로 이산화탄소 포집공정을 연계하는 경우 IGCC 공정이 미래 발전시장에서 우위를 점할 수 있을 것으로 예상하고 있다. IGCC 공정에서 이산화탄소의 포집은 가스화 기에서 만들어진 합성가스 중 일산화탄소(CO)를 수성가스전환(WGS;Water Gas Shift) 반응을 거쳐 이산화탄소(CO₂)로 전환하고 이를 연소기에 공급하기 전에 발전공정에서 제거하게 되며, 이런 이유로 이 공정을 연소 전 CO₂ 포집공정이라고도 부른다. 연소 전 이산화탄소 포집공정은 처리대상가스 중 이산화탄소의 분압이 높고 전체 공정이 고압에서 운전되기 때문에 화학흡수제보다 Henry의 법칙이 적용되는 물리흡수제를 이용하는 공정이 권장되고 있다. 현재까지 화학공정에서 이산화탄소를 분리하기 위한 몇 가지 이산화탄소 분리공정이 개발되어 적용되고 있으나 IGCC 공정에 최적화된 상용 규모의 공정은 제안되어 있지 않다. 본 한국전력공사 전력연구원에서는 2012년부터 위와 같은 기술적 요구와 필요에 대응하기 위해 IGCC 공정에 적용 가능 한 연소 전 습식 이산화탄소 포집기술 확보를 위한 연구개발에 착수하였으며 현재 IGCC에 적용가능한 흡수제의 개발과 이산화탄소 포집 최적공정에 대한 검토를 진행 중이다. 본 논문에서는 최적공정에 대한 검토를 위해 100 MWe 규모의 전력을 생산하는 IGCC 공정에 적용 가능한 이산화탄소 흡수 공정 5개를 AspenPlus를 이용하여 모델링하여 공정의 최적화를 수행하고 이를 통해 얻어진 결과로부터 각 공정의 주요 공정인자들과 주요설비인 흡수탑의 크기와 공정별 에너지 사용량을 비교 하였다. 검토된 공정은 물리흡수공정으로 Selexol, Rectisol, 및 Purisol 공정이 선정되었으며 화학흡수공정과의 비교를 위하여 연소 후 공정에서 널리 쓰이는 대표적 amine 공정인 aMDEA 공정과 물리 및 화학흡수제가 혼합사용되는 Sulfinol 공정이 함께 검토되었다. 각 공정의 주요 공정인자로는 Rectisol 공정의 흡수제 순환량이 Selexol 공정 등 다른 공정에 비해 1.2 이하로 작게 나타났으나 흡수제 손실량은 약 10배 이상 큰 것으로 평가되었다. 또한 흡수탑의 크기 면에서는 aMDEA 공정이 가장 유리한 것으로 평가되었으나 에너지 사용량의 측면에서 화학 흡수공정이 2 ~ 5 배정도 큰 것으로 나타나 운영비가 상대적으로 높게 될 것으로 평가 되었다. 본 연구를 통해 연소 전 CO₂ 포집공정 들의 설계 및 운영 기초자료를 확보하였으며 계속해서 공정의 경제성 및 신뢰성 등의 평가를 통해 최적공정을 선정해 갈 예정이다.

이산화탄소 포집과 저장에 관한 법적 쟁점 -포집을 중심으로-

이순자 ( Soon Ja Lee ) 한국환경법학회 2015 環境法 硏究 Vol.37 No.1

세계는 에너지 생산을 위해 화석연료를 사용하고 있고, 이로 인해 지구온난화를 가속화 시키는 것으로 알려져 있다. 그래서 세계는 대기중의 이산화탄소의 농도를 낮추는 방안으로 다양한 정책을 펼치고 있다. 그 중에서 이산화탄소 포집 및 저장에 관한 연구가 활발하며, 이를 제도적으로 뒷받침하기 위하여 법령을 제정한 나라가있다. 우리나라는 이산화탄소 포집 및 저장에 관한 법률을 제정하려고 한다. 법률을 제정시 고려할 점과 포집에 관련한 쟁점들을 아래와 같이 살펴보았다. 첫 번째 법률명을 「이산화탄소 포집 및 저장에 관한 법률」로 할 것인지 아니면 전환과 재활용도 포함하도록 법률명을 「이산화탄소 포집 및 처리에 관한 법률」로제정할 것인지에 대해 고려해 보아야 한다. 두 번째로는 포집한 이산화탄소 스트림(stream)은 이산화탄소를 포집해야 하는 사업자에게 미치는 영향이 크다. 따라서 법률에서 어떻게 정의를 해야 하는지에 대한 내용을 담았다. 세 번째로는 이산화탄소 스트림의 폐기물 내지 유해폐기물 여부에 대한 논의를 하였다. 현행 법령에서 이산화탄소 스트림은 폐기물이고 유해폐기물은 아니다. 하지만 이를 규율할 법령이 필요하다. 네 번째로는 이산화탄소 포집의무자를 누구로 할 것인지에 대해 알아보았다. 포집의무자를 신규로 건설하는 화석연료를 사용하는 발전사업자로 한정할 것인가? 아니면 일정량 이상의 이산화탄소를 배출하는 사업자까지 확대할 필요성이 있는가에 대한 논의와 기존의 이산화탄소를 많이 배출하는 사업자에게 포집의무를 부과시헌법적 문제를 야기할 수 있어서 헌법재판소의 결정에 대해 살펴보았다. 기후변화에 대응하기 위하여 이산화탄소를 포집하고 처리하는 정책을 펼치는것은 우리의 선택이다. 이를 집행하기 위한 법률을 제정시에는 다양한 의견을 검토하고 반영하는 것이 필요하다. The world is still relying on fossil fuel for energy production, and this in turn is known to be accelerating global warming. As a result, the world is adopting a variety of policies to reduce the emission of CO2 into the atmosphere. Among those polices, active research is being conducted on the technology of capturing and storing CO2, and various states are providing legislative support to facilitate further research. Korea is considering the enactment of an “Act on CO2 Capture and Storage.” This paper analyzes the issues that need to be considered when establishing the act. First, it needs to be decided whether the title of the legislation should be an “Act on CO2 Capture and Storage” or an “Act on CO2 Capture and Disposal.” The latter title will include the notions of conversion and recycling. Second, the carbon dioxide capture stream can have a great impact on the operators who are obligated to capture carbon dioxide. This paper looks over how carbon dioxide capture stream should be defined. Third, this paper discusses whether the CO2 stream should be considered as waste or hazardous waste. According to current legislation, the CO2 stream does not fall into the scope of hazardous waste. However, legislation is needed for its regulation. Fourth, this paper looked over the issue of to whom the obligation of CO2 capture should be designated. Should the obligator be limited to newly constructed fossil fuel generators? To decide whether operators emitting CO2 over a certain scale should be obligated as well, this paper analyzes a relevant Korean Constitutional Court decision to determine whether there are constitutional complications if existent large scale CO2 emitters are included. Deciding whether the CO2 capture and disposal policy is our response to climate change is our choice to make. For the implementation of this policy, the process of examining and reflecting various opinions need to be done.

독일의 이산화탄소 포집‧저장에 관한 법률

이종영,박기선 유럽헌법학회 2014 유럽헌법연구 Vol.16 No.-

기후변화의 원인으로 지목되고 있는 온실가스의 감축은 우리나라를 비롯한 세계 각국의 공통적인 과제라 할 수 있 다. 온실가스감축을 위해서는 인위적으로 배출되는 온실가스 중 가장 많은 비중을 차지하고 있는 이산화탄소를 감 축하여야 한다. 세계적으로도 이산화탄소의 대량 배출원인 화석에너지의 소비를 줄이고, 화석에너지를 대체할 수 있는 재생에너지를 사용하거나, 에너지의 사용을 줄이기 위하여 에너지효율성을 증대하려는 노력을 하고 있다. 그 러나 현재 사용되는 화석에너지를 가능한 줄이지 않으면서도 온실가스를 감축할 수 있는 가장 현실적인 방안은 이 산화탄소의 포집‧저장(CCS)이다. 유럽연합도 2050년까지 전세계 이산화탄소 배출량을 최소한 50%로 감축하기 위한 중요한 대안으로 CCS를 결정하 였고, CCS 기술의 적극적 활용에 필요한 제도적 기반을 구축하기 위하여 2009년 「CCS 지침(CCS-Richtlinie 2009/31/EG)」을 제정하였다. 이에 따라 독일을 포함한 유럽연합의 회원국은 이 지침을 자국의 법률로 이행하기 위 한 법률을 제정하여야 하는 상황에 놓이게 되었다. 독일도 에너지정책의 방향을 “에너지전환”으로 설정하였음에도 불구하고, 미래의 에너지믹스에서 화석에너지를 사용한 전기생산을 포기할 수 없음을 충분하게 인식하고 있다. 결 국 에너지를 안정적으로 공급하면서도 이산화탄소를 감축할 수 있는 유일한 해결방안으로 CCS를 고려할 수밖에 없다. 이러한 배경하에서 독일은 2012년 「CCS 지침」을 이행하는 「이산화탄소의 포집, 수송 및 영구적 저장을 위한 기술의 시범과 적용에 관한 법률」을 제정하여 온실가스의 감축에 기여할 수 있는 제도적 기반을 마련하였다. 독일의 「이산화탄소 저장법」은 총 7장 46개 조문으로 지하암반층에 이산화탄소를 저장하기 위한 기술의 연구, 시험 및 시범사업에 관하여 규정하고 있다. 특히, 동법률은 이산화탄소 저장소의 허가에 관한 사항을 주된 규율대 상으로 하고 있다. 이산화탄소의 포집이나 수송에 비하여 저장에 관한 기술력과 안전성이 충분하게 검증되지 않아 보다 철저한 규율이 필요했기 때문이다. 동법률은 「연방임미시온방지법」의 적용을 받는 이산화탄소 포집시설의 허가 이외에 이산화탄소의 수송허가, 피해배상책임과 피해배상보장 등에 관한 사항을 포함하고 있다. 독일은 CCS 법률의 제정을 통해 CCS 기술을 시험할 수 있는 기반을 구축하였다. 그러나 CCS 기술이 가지는 위험 성에 대한 문제는 더욱 부각되고 있어 수많은 문제해결에 대한 요구를 받고 있다. 기업은 이산화탄소 포집시설의 설치비용, 저장소의 운영비용, 사고발생에 대비한 손해배상비용 및 사후관리비용을 부담하게 됨으로써 CCS 기술 의 경제성에 대한 부담을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 CCS의 사회적 수용성을 증대하기 위하여 동법률은 CCS 관련 사업에 일반국민들이 참여할 수 있는 방안을 모색하고 있다. 이산화탄소의 감축은 우리나라도 피해갈 수 없는 당면한 국제적 의무라는 점에서 CCS 기술에 관한 입법적 방안을 제시한 독일의 CCS 법률이 주는 시사점은 큰 의 미가 있을 것이다. The reduction of greenhouse gas which is caused by the climate change becomes an common challenge of the world including our country. To reduce the greenhouse gas, the proportion of carbon dioxide should be reduced, which amounts for most greenhouse gases. The world is making efforts to reduce fossil energy which is one of the causes of mass carbon dioxide, to use recycled energy which can replace the fossil energy and to reduce the use of energy. However, the most practical way to reduce the greenhouse gas is to capture and store the carbon dioxide(CSS). Even the European Union has decided CCS as a significant alternative to reduce the carbon dioxide emission at least 50% by 2050 and enacted 「CCS guideline (CCS-Richtlinie 2009/31/EG)」 to construct an institutional framework required to make positive utilization of CCS technology. Accordingly, the members of the European Union including Germany were forced to enact a law to implement this guideline. In spite that Germany has set their direction to “Energy transformation”, Germany was fully aware that they cannot give up to produce electricity using fossil energy in the future energy mix. Consequently, the only solution to reduce carbon dioxide while providing energy stably is CSS. Under this background, Germany has prepared an institutional framework that can contribute to reduction of greenhouse gases by enacting 「Act on the application and test of technology for capture, transportation and permanent storage」 to implement 「CCS guideline」 in 2012. 「Act on the CCS」 consists of total 7 chapters and 46 provisions specifying research, test and pilot business of technology to store carbon dioxide in the underground bedrock. Specially, the Act mainly regulates permission of storage of carbon dioxide. It is because that strict discipline is required as the technology and safety of storage were not proven compared to the capture and transportation of carbon dioxide. The Act includes provisions for transportation permission, damage liability and compensation guarantee of carbon dioxide except the capturing facility of carbon dioxide which is subject to the 「Federal Immission Act」. Germany constructed a framework to test CCS technology by enacting 「Act on the CCS」. As the risk of CCS technology comes into play, however, needs to solve this issue are increasing. The enterprises are supposed to have economic burden of CSS technology as they should bear the installation cost of capturing facility, operating cost of storage, damage liability for the accident and maintenance cost. Nevertheless, the Act is exploring a way for the public to participate in the CCS related project to increase the social acceptance of CCS. In the point that the reduction of carbon dioxide is an immediate international responsibility which our country cannot avoid, the implication of 「Act on the capture & storage of carbon dioxide」 which proposed legislative method to CSS technology would give significant meaning.

독일 Schleswig-Holstein주, Niedersachsen주 및 Mecklenburg-Vorpommern주 이산화탄소저장법의 주요 내용과 시사점

조인성 ( In Sung Cho ) 한남대학교 과학기술법연구원 2016 과학기술법연구 Vol.22 No.2

독일 이산화탄소 저장법은 연방(Bund) 차원에서 단지 CCS저장을 위한 법적 프레임만을 미리 정하고 있을 뿐, 오히려 Schleswig-Holstein주(Land), Niedersachsen주, Mecklenburg-Vorpommern주 등에게 저장 리스크의 예방을 떠넘기고 있다. 주들은 영구저장의 테스트와 실증이 특정지역에서만 허용할지, 아니면 특정지역에서 허용하지 않을지를 정할 수 있다. 또한 대중들은 가능한 한 계획확정할 의무가 있는 사업계획안에 관한 신청하기 전에 정보제공을 받을 수 있는데, 주들은 이에 따른 절차에 필요한 자세한 요건을 정할 수 있다. Schleswig-Holstein주 및 Niedersachsen주 이산화탄소저장법이 불승인지역 지정이나 이산화탄소수송관 신청전 대중참여 규정을 두고 있는 반면에, Mecklenburg-Vorpommern주 이산화탄소-저장배제법’은 12해리영역 안 연안을 포함하여 Mecklenburg-Vorpommern주 고권지역에서 이산화탄소의 지질학적 저장을 아예 배제시키고 있다. 주의 배제 가능성은 독일에서 CCS기술을 구현하는데 매우 어려웠다는 것을 보여주고 있다. 가스저장의 장기간 거동의 불확실성을 감안해 보면, 주의 주민들이 선거를 통해 영향을 미치는 정치적 차원에서 하는 주의 활동은 물론 무의미한 것이 아니라, 연방 국가를 기반으로 한 민주주의의 장점을 드러내는 활동을 의미한다. 이는 특별히 기술의 완전한 배제를 대안으로서 실현할 때에만 적용한다. 우리나라에서도 향후 이산화탄소 저장관련 입법 방향을 논의할 때는 독일 연방 이산화탄소저장법과 Schleswig-Holstein주 이산화탄소저장법 및 Niedersachsen주 이산화탄소저장법에서 규정한 바와 같이 이산화탄소수송관의 계획확정을 위한 절차를 개시하기 전에 대중이 일찍 참여하도록 보장하는 방안을 도입하는 것을 적극적으로 검토해야 할 것으로 본다. 그래서 대중들은 가능한 한 계획확정할 의무가 있는 사업계획안, 특히 이산화탄소 수송관의 기술, 상황 및 크기에 관하여 이산화탄소수송관의 계획확정절차 개시 전에, 다시 말해서 계획확정을 신청하기 전에 정보제공을 받을 수 있다. 이 경우 대중에게는 의견제출 및 토의의 기회가 주어져야 할 것이다. Das KSpG stellt einen Rechtsrahmen fur die CCS-Speicherung bereit, gestattet den Landern wie Schleswig-Holstein, Niedersachsen und Mecklenburg-Vorpommern aber die Verhinderung der Speicherung. Die Lander konnen bestimmen, dass eine Erprobung und Demonstration der dauerhaften Speicherung nur in bestimmten Gebieten zulassig ist oder in bestimmten Gebieten unzulassig ist. Die Offentlichkeit ist moglichst vor Antragstellung uber das planfeststellungspflichtige Vorhaben zu informieren, dabei konnen die Lander die naheren Anforderungen an das Verfahren bestimmen. Eine Erprobung und Demonstration zur dauerhaften Speicherung und die dauerhafte Speicherung von Kohlendioxid sind in Schleswig-Holstein und Niedersachsen in den nicht zugelassenen Gebieten nicht zulassig. Vor Einleitung eines Verfahrens fur die Planfeststellung von Kohlendioxidleitungen ist gemaß § 4 Absatz 1 Satz 2 bis 4 KSpG eine fruhzeitige Beteiligung der Offentlichkeit sicherzustellen. Auf dem Hoheitsgebiet von Mecklenburg-Vorpommern einschließlich des Kustenmeeres innerhalb der 12-Seemeilenzone wird die geologische Speicherung von Kohlendioxid ausgeschlossen. Die Ausschlussmoglichkeit der Lander stellt ein erhebliches Erschwernis fur die Umsetzung der CCS-Technik in Deutschland dar. Angesichts der Ungewissheit des Langzeitverhaltens der Einlagerung des Gases ist die Aktivierung des Landes als politische Ebene, auf die das Landesvolk durch Wahlen Einfluss hat, allerdings nicht unsinnig, sondern bedeutet die Aktivierung der Vorteile einer bundesstaatlich gegliederten Demokratie. Dies gilt insbesondere dann, wenn man sich als Alternative den ganzlichen Ausschluss der Technik vergegenwartigt. Vor Einleitung eines Verfahrens fur die Planfeststellung von Kohlendioxidleitungen hat gemaß KSpG in Korea auch wie Lander Schleswig-Holstein, Niedersachsen eine fruhzeitige Beteiligung der Offentlichkeit sicherzustellen. Die Offentlichkeit ist soweit wie moglich vor Antragsstellung uber das planfeststellungspflichtige Vorhaben, insbesondere uber die Lage, Große und die Technologie der Kohlendioxidleitung, zu informieren. Der Offentlichkeit ist vom Vorhabentrager Gelegenheit zur Außerung und zur Information im Rahmen eines oder mehrerer ortsnaher Informationstermine zu geben.

연구논문 : 전라남도 이산화탄소의 배출구조와 배출격차 -산업연관분석을 중심으로-

나주몽 ( Ju Mong Na ) 전남대학교 지역개발연구소 2011 지역개발연구 Vol.43 No.1

본 연구에서는 지역경제의 관점에서 전남의 산업구조의 특성과 산업연관분석을 통한 이산화탄소 배출구조과 배출격차를 분석하여, 이산화탄소배출구조와 배출격차와의 관계를 고찰하였다. 지자체의 기후변화대응과 녹색성장이 지역경제차원의 환경 및 경제정책에서 중요시되고 있는 상황에서 전남의 에너지소비에 의한 이산화탄소배출량은 호남광역경제권 산업전체에 78% 이상을 차지하고 있어, 전남을 대상으로 한 이산화탄소배출구조와 이산화탄소 배출격차의 분석은 호남광역경제권 차원에서도 중요한 의미를 갖는다. 이에 대한 분석의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 전남의 산업구조 특성은 기초소재형 제조업에 심하게 편중되어 있었으며, 전남의 이산화탄소 배출비중이 높은 주요산업은 제1차금속제품, 비금속광물제품, 화학제품이, 석유및석탄제품, 운수및보관 산업이었다. 둘째, 이산화탄소배출 비중과 경제파급효과와의 관계에 있어 생산유발효과가 큰 산업은 운수및보관 산업을 제외하면 모두가 기초소재형 산업에 해당되어 있다. 전남에서는 이산화탄소배출이 큰 산업이 지역경제에 유발효과도 큰 것으로 나타났다. 특히 이산화탄소 배출비중 및 생산유발효과가 높았던 제1차금속제품은 이산화탄소 영향력 계수가 여타산업과 비교하여 상대적으로 낮았다. 셋째, 이산화탄소 배출구조를 분석하기 위해 사용한 변수(부가가치비중, 생산유발액, 이산화탄소배출비중, 이산화탄소 영향력계수)와 이산화탄소 배출격차와의 관계에 대해 상관분석을 한 결과, 이산화탄소 영향력계수를 제외한 부가가치비중, 생산유발액, 이산화탄소배출비중의 변수들은 이산화탄소배출격차와 통계적으로 유의한 상관관계를 갖고 있는 것으로 나타났다. 또한 이산화탄소배출격차에 대해 생산유발액을 단순회귀분석한 결과, 통계적으로 유의한 것으로 나타나 전남은 산업구조적 측면에서 경제성장과 더불어 이산화탄소 배출격차가 커질 것으로 추정된다. Recently, green growth is the most important environmental issue for regional economic activity in terms of the global warming. The greenhouse gas emissions are closely related to the public life and economic activities. JeollaNamdo industries in the Grand Economic Regions(GER) have generated 78% ratio of the CO2 gas emissions from oil, coal and natural gas in 2005. They are closely related to the public life and economic activities. This paper provides an empirical analysis to identify the relationships between the industrial structure of the carbon dioxide(C02) emission and emission disparity in the JeollaNamdo region of Korea. This paper use input-output method for analysis of the industrial structure between the CO2 emission and emission disparity. The empirical study has revealed that the basic material sectors in manufacture of JeollaNamdo are major factor caused to increases in CO2 emission in industrial structure. According to the analysis by the industrial structure of CO2 emission, The factors of the CO2 emission structure are significantly associated with the output, added value, CO2 emission and environmental DPG value in JeollaNamdo. Especially, Emission disparity by the environmental DPG value has a causal relationship with the output in industrial structure of JeollaNamdo.

G-04 : IGCC 발전공정 적용을 위한 습식 CO2 포집 상용 공정의 평가

천성남,이정빈,김준한,엄용석 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

초임계 미분탄(SPC; Supercritical Pulverized Coal) 보일러 발전공정을 대체하는 미래 신발전 공정의 하나로 가스화 복합발전공정(IGCC;Integrated Gasification and Combined Cycle)이 주목 받고 있다. IGCC 공정은 SPC 보일러 발전공정과 비교하여 높은 초기 투자비가 문제가 되지만 발전분야에서 문제로 지목되고 있는 지구온난화 가스인 이산화탄소 포집을 하는 경우 유리한 발전 방식으로 알려져 있다. MIT에서 발표된 자료에 따르면 SPC 발전방식과 IGCC 발전 방식에서 이산화탄소를 포집하는 경우의 발전효율 저감은 각각 9.2% P와 7.2% P로 이산화탄소 포집공정을 연계하는 경우 IGCC 공정이 미래 발전시장에서 우위를 점할 수 있을 것으로 예상하고 있다. IGCC 공정에서 이산화탄소의 포집은 가스화 기에서 만들어진 합성가스 중 일산화탄소(CO)를 수성가스전환(WGS;Water Gas Shift) 반응을 거쳐 이산화탄소(CO2)로 전환하고 이를 연소기에 공급하기 전에 발전공정에서 제거하게 되며, 이런 이유로 이 공정을 연소 전 CO2 포집공정이라고도 부른다. 연소 전 이산화탄소 포집공정은 처리대상가스 중 이산화탄소의 분압이 높고 전체 공정이 고압에서 운전되기 때문에 화학흡수제보다 Henry의 법칙이 적용되는 물리흡수제를 이용하는 공정이 권장되고 있다. 현재까지 화학공정에서 이산화탄소를 분리하기 위한 몇 가지 이산화탄소 분리공정이 개발되어 적용되고 있으나 IGCC 공정에 최적화된 상용 규모의 공정은 제안되어 있지 않다. 본 한국전력공사 전력연구원에서는 2012년부터 위와 같은 기술적 요구와 필요에 대응하기 위해 IGCC 공정에 적용 가능 한 연소 전 습식 이산화탄소 포집기술 확보를 위한 연구개발에 착수하였으며 현재 IGCC에 적용 가능한 흡수제의 개발과 이산화탄소 포집 최적공정에 대한 검토를 진행 중이다. 본 논문에서는 최적공정에 대한 검토를 위해 100 MWe 규모의 전력을 생산하는 IGCC 공정에 적용 가능한 이산화탄소 흡수 공정 5개를 AspenPlus를 이용하여 모델링하여 공정의 최적화를 수행하고 이를 통해 얻어진 결과로부터 각 공정의 주요 공정인자들과 주요설비인 흡수탑의 크기와 공정별 에너지 사용량을 비교 하였다. 검토된 공정은 물리흡수공정으로 Selexol, Rectisol, 및 Purisol 공정이 선정되었으며 화학흡수공정과의 비교를 위하여 연소 후 공정에서 널리 쓰이는 대표적 amine 공정인 aMDEA 공정과 물리 및 화학흡수제가 혼합사용되는 Sulfinol 공정이 함께 검토되었다. 각 공정의 주요 공정인자로는 Rectisol 공정의 흡수제 순환량이 Selexol 공정 등 다른 공정에 비해 1.2 이하로 작게 나타났으나 흡수제 손실량은 약 10배 이상 큰 것으로 평가되었다. 또한 흡수탑의 크기 면에서는 aMDEA 공정이 가장 유리한 것으로 평가되었으나 에너지 사용량의 측면에서 화학 흡수공정이 2 ~ 5 배정도 큰 것으로 나타나 운영비가 상대적으로 높게 될 것으로 평가 되었다. 본 연구를 통해 연소 전 CO2 포집공정 들의 설계 및 운영 기초자료를 확보하였으며 계속해서 공정의 경제성 및 신뢰성 등의 평가를 통해 최적공정을 선정해 갈 예정이다.

지중 저장지로부터 누출된 이산화탄소가 토양 비옥도에 미치는 영향 : 인위 누출 연구

백승한(Seung Han Baek),이상우(Sang-Woo Lee),이우춘(Woo-Chun Lee),윤성택(Seong-Taek Yun),김순오(Soon-Oh Kim) 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.4

이산화탄소가 지구온난화를 초래하는 대표적인 온실가스로 지목되면서 대기 중의 이산화탄소 농도를 줄이기 위하여 많은 노력들이 진행되어 왔다. 그러한 노력들 중 특히 CO2 포집 및 지중 저장기술(carbon dioxide capture and storage, CCS)이 감축 목표량을 달성하기 위해서 필수적으로 고려되고 있다. 그러나 이러한 지중 저장기술이 상용화되기 위해서는 안전성이 보장되어야 한다. 특히 이산화탄소 누출이 농경지에서 발생할 경우에는 작물 생장과 관련되어 많은 문제를 야기할 수 있다. 이에 본 연구에서는 지중 저장지로부터 누출된 이산화탄소가 토양 비옥도에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 이를 위하여 인위적인 이산화탄소 누출 시험을 수행하였으며, pH, 양이온치환용량, 교환성 양이온, 전기전도도, 토양 유기물 함량, 총 질소, 질산태 질소, 암모니아태 질소, 총 인, 유효태 인산, 총 황, 유효태 황, 유효태 붕소 등과 같은 토양의 화학적 특성들을 비옥도 지시 인자로 선정하였다. 누출 시험은 비경작지 토양 한 종류와 경작지 토양 두 종류(옥수수와 콩 재배)를 대상으로 이루어졌다. 비경작지 토양은 거친 모래가 많은 사질토양으로 공극률은 42.6%로 조사되었으며, 경작지 토양인 옥수수 재배 토양은 양질 사토(loamy sand)로 공극률이 46.8%이었다. 콩과식물(soybean) 재배 토양은 옥수수 재배 토양과 동일한 양질 사토로서 공극률이 48%로 조사되었다. 누출시험을 위해 6개의 인공누출 칼럼 장치를 이용하여 이산화탄소를 주입하였다. 이산화탄소 주입은 비경작지와 경작지 토양의 경우 각각 60일과 70일 동안 진행하였다. 이산화탄소 누출 후 비경작지 및 경작지 토양에 대하여 각각 12, 14일 간격으로 1 공극 부피의 인공강우 모사 시험을 수행한 후 용출액과 토양 시료를 채취하여 비옥도 지시 인자를 분석하였으며, 이산화탄소 누출 전후 변화 양상을 비교 평가하였다. 토양 내 잔류 교환성 양이온, 전기전도도, 토양 유기물 함량, 총질소, 총인 등은 이산화탄소의 영향을 크게 받지 않은 것으로 나타났다. 그러나 질산태 질소, 암모니아태 질소, 유효 인산, 유효 황, 유효 붕소 등은 감소하는 경향을 보였으며 이에 의해 토양 비옥도를 저하시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 토양의 완충능력 때문에 pH의 변화가 없었지만, 이산화탄소가 장기간 누출된다면 pH의 감소에 의한 토양 산성화가 초래될 가능성이 있을 것으로 예측된다. Carbon dioxide has been known to be a typical greenhouse gas causing global warming, and a number of efforts have been proposed to reduce its concentration in the atmosphere. Among them, carbon dioxide capture and storage (CCS) has been taken into great account to accomplish the target reduction of carbon dioxide. In order to commercialize the CCS, its safety should be secured. In particular, if the stored carbon dioxide is leaked in the arable land, serious problems could come up in terms of crop growth. This study was conducted to investigate the effect of carbon dioxide leaked from storage sites on soil fertility. The leakage of carbon dioxide was simulated using the facility of its artificial injection into soils in the laboratory. Several soil chemical properties, such as pH, cation exchange capacity, electrical conductivity, the concentrations of exchangeable cations, nitrogen (N) (total-N, nitrate-N, and ammonia- N), phosphorus (P) (total-P and available-P), sulfur (S) (total-S and available-S), available-boron (B), and the contents of soil organic matter, were monitored as indicators of soil fertility during the period of artificial injection of carbon dioxide. Two kinds of soils, such as non-cultivated and cultivated soils, were compared in the artificial injection tests, and the latter included maize- and soybeancultivated soils. The non-cultivated soil (NCS) was sandy soil of 42.6% porosity, the maize-cultivated soil (MCS) and soybeancultivated soil (SCS) were loamy sand having 46.8% and 48.0% of porosities, respectively. The artificial injection facility had six columns: one was for the control without carbon dioxide injection, and the other five columns were used for the injections tests. Total injection periods for NCS and MCS/SCS were 60 and 70 days, respectively, and artificial rainfall events were simulated using one pore volume after the 12-day injection for the NCS and the 14-day injection for the MCS/SCS. After each rainfall event, the soil fertility indicators were measured for soil and leachate solution, and they were compared before and after the injection of carbon dioxide. The results indicate that the residual concentrations of exchangeable cations, total-N, total-P, the content of soil organic matter, and electrical conductivity were not likely to be affected by the injection of carbon dioxide. However, the residual concentrations of nitrate-N, ammonia-N, available-P, available-S, and available-B tended to decrease after the carbon dioxide injection, indicating that soil fertility might be reduced. Meanwhile, soil pH did not seem to be influenced due to the buffering capacity of soils, but it is speculated that a long-term leakage of carbon dioxide might bring about soil acidification.

이산화탄소 수출입과 입법과제

석호영(Ho Young Seok) 한국토지공법학회 2022 土地公法硏究 Vol.100 No.-

우리나라는 2020년 10월 28일 2050 탄소중립 계획을 밝힌 바 있으며, 12월 7일과 15일에는 ‘2050 탄소중립 전략’과 ‘2050 장기저탄소발전전략(LEDS)’ 및 ‘2030 국가온실가스감축목표(NDC)’ 정부안을 확정한 바 있고, 2021년 5월에는 대통령 직속으로 ‘2050 탄소중립위원회’를 설치한 바 있다. ‘2050 탄소중립 전략’에서 우리나라는 탄소중립사회의 기반을 다질 수 있는 기술개발에 있어 ‘이산화탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS : Carbon Capture Utilization and Storage) 기술을 화석연료에서 배출되는 대규모 이산화탄소를 줄일 수 있는 기술로서 주목하고 있다. 이처럼 이산화탄소는 단순한 저감 대상 물질이 아니라 배출 불가피한 이산화탄소의 처리를 CCUS 기술을 통해 경제적 가치를 창출하는 단계에 이르렀는데, 그 예로서 포집에 있어 석탄발전 포집설비 장기 실증으로 상용규모 석탄발전 적용 가능 기술을 확보한 바 있으며, 저장에 있어서는 해상 지중 이산화탄소 주입을 세계 3번째로 성공한 바 있고, 활용에 있어 탄산칼슘 제조 등 광물화 기술 및 일부 화학적 전환기술은 응용실증 단계에 진입한 바 있다. 특히 지난 3월 산업통상자원부·해양수산부·외교부는 공동보도자료를 통해 “해외 해양저장소를 활용한 이산화탄소 감축 관련 제도 정비를 통해 이산화탄소 스트림 수출을 가능하게 하는 런던의정서 개정을 수락하였다”고 발표한 바 있는데, 이러한 변화에 발맞추어 우리나라는 기본적으로 상대 국가와의 협약이나 계약, 이산화탄소의 처리, 거래, 운송 등이 원활히 이루어질 수 있도록 국제간 거래 및 운송과 관련된 법제도적 준비를 착실하게 할 필요가 있다. 이에 본 연구는 이산화탄소 수출입과 관련하여 우리나라가 직면한 입법적 과제는 무엇인지 그리고 다른 국가와의 관계에서 어떻게 대처해야 할 것인지에 검토하고자 한다. On October 28, 2020, Korea announced a 2050 carbon neutral plan, and on December 7 and 15, the “2050 Carbon Neutral Strategy”, “2050 Long-Term Low Carbon Development Strategy (LEDS), and ”2030 National Greenhouse Gas Reduction Target (NDC)“ were finalized, and in May 2021, the ”2050 Carbon Neutrality Commission“ was established directly under the president. In the ”2050 Carbon Neutral Strategy,“ Korea noted that ”Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS) technology (hereinafter referred to as “CCUS technology”) can reduce large-scale carbon dioxide emitted from fossil fuels in developing technologies that can lay the foundation for a carbon-neutral society. At that time, on June 15, 2021, the government proposed a roadmap for technological innovation of carbon dioxide capture and utilization (CCU) as a cooperation between related ministries. As such, carbon dioxide is not just a substance subject to reduction, but the treatment of carbon dioxide, which is inevitable to be emitted, has resulted in creating economic value through CCUS technology. For example, it has secured commercial-scale coal power generation applicable technology due to long-term demonstration of coal power generation collection facilities. In terms of storage, it is the world's third successful injection of underground carbon dioxide. In March, the Ministry of Trade, Industry, and Energy, the Ministry of Oceans and Fisheries and the Ministry of Foreign Affairs, announced in a joint press release, “We accepted the revision of the London Protocol to export carbon dioxide streams through the improvement of the system using overseas marine storage.” In line with these changes, South Korea needs to prepare international transactions and transportation systems. Therefore, this study aims to examine what legislative challenges Korea faces in relation to carbon dioxide imports and exports and how to cope with relations with other countries.

딥러닝의 SU-net을 이용한 배 화상병 예찰 연구

김현정 ( H. J. Kim ),노현권 ( H. K. Noh ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

화상병(火傷病, Fire blight)은 배와 사과 등 장미과 식물에 생기는 세균성 병해의 일종으로 병원균인 Erwinia amylovora에 의해 발생한다. 국내에서는 2015년 5월 경기도 안성과 충남 천안에서 최초로 화상병이 발생하였으며, 2020년 현재까지 새로운 지역으로 전염되고 있다. 강한 전염성으로 인하여 감염시 2일 이내에 확진여부가 판정되고, 판정 직후 발병된 과수를 중심으로 100 m 반경의 과수를 매몰하기 때문에 화상병발병과수의 충분한 영상취득이 매우 어려운 실정이다. 따라서 지속적인 모니터링을 통해 확산·전염에 의한 2차 피해를 줄일 수 있는 화상병 예찰 시스템에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 실제 화상병 발병 과수에서 회전익 드론에 A6300 RGB 카메라를 장착하여 고도 10~12m 상공에서 영상을 취득하였다. 취득된 영상의 공간분해능은 6,000 pixel × 4,000 pixel 이었다. 화상병 검출을 위한 SU-net 구조는 Image input layer, Convolution layer, Batch normal layer, ReLU layer, Max Pooling Layer, Transpose Convolution layer 및 Sigmoid Layer로 구성되어 있다. 특히 화상병 영상 검출의 성능을 향상시키기 위하여 Batch normal layer를 적용하였고, depthwize_conv 결과에 pointwise filter(가중치, 스칼라)를 곱한 후 (1x1 convolution) 다른 필터의 연산 결과와 Sum하는 방법으로 사과 화상병 영상을 분석하였다. 기존 U-net 학습결과는 화상병 감염 과수 영상 가운데 64장이 화상병 감염으로 인식하였고, 16장은 비감염으로 인식하여 예측율은 80.0%로 나타났다. SU-net 학습결과는 화상병 감염 과수 영상 80장 중 70장이 화상병 감염으로 인식하였고, 10장은 비감염으로 인식하여 예측율은 87.5%로 나타났다. 또한 비감염과수 영상 20장의 테스트 결과 19장이 비감염으로 인식하였고, 1장은 감염으로 인식되어 예측율이 95.0%로 나타났으며 개선된 SU-net 학습 알고리즘이 기존의 U-net 학습 알고리즘보다 화상병 예측이 7.5% 증가한 것으로 나타나 성능이 향상된 것으로 판단된다. 따라서 향후 현장에서 드론을 이용한 화상병 예찰에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

실험실규모의 생물학적 이산화탄소 저감 및 메탄전환 공정 연구

이준철(Lee, Juncheol),김재형(Kim, Jaehyung),전혜연(Jeon, Hyeyeon),박홍선(Park, Hongsun),장원석(Chang, Wonseok),박대원(Pak, Daewon) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

최근 지구온난화로 인해 국제적으로 이산화탄소 저감에 대한 연구가 진행되고 있으며 특히, 이산화탄소의 분리 및 유용물질 전환 등의 다양한 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이산화탄소를 메탄으로 전환시키는 생물학적 반응은 acetotrophic methanogen, hydrogenotrophic methanogen 등의 미생물이 관여한다. 본 연구에서는 hydrogenotrohpic methanogen을 이용하여 메탄으로 전환하고자 하였다. 이를 위해 이산화탄소와 수소의 체류시간에 대한 연구를 진행하였으며, 선행 연구로 혐기성슬러지의 혼합배양균으로부터 hydrogenotrophic methanogen을 우점종화 하기 위해 고정층 반응기를 이용하여 이산화탄소와 수소 가스를 주입하여 고농도로 배양하였다. 그 결과, 반응기내의 이산화탄소의 메탄전환 균주로써 수소를 환원제로 이용하는 hydrogenotrophic methanogen이 배양되었음을 확인하였다. 이산화탄소와 수소가스의 체류시간에 따른 이산화탄소의 생물학적 메탄 전환 실험 결과, 약 4시간에서 이산화탄소의 저감률이 99%이었으며, 체류시간이 2시간, 1.5시간인 경우 이산화탄소의 저감률은 각각 71%, 68% 이었다.