탄소 포집의 미래를 만들어가는 첨단 소재
발전, 화학, 철강 등 여러 산업에서 탄소 문제가 발생하고 있습니다. 전 세계 규제 기관이 탄소 배출을 억제하기 위해 탄소세 및 배출권 거래와 같은 야심찬 목표, 일정, 의무를 설정함에 따라 탄소 배출을 줄여야 하는 의무가 그 어느 때보다 절실해졌습니다. 동시에, 이러한 감축이 어려운 산업은 기존의 탄소 배출 화석 연료에 의존하는 에너지 수요의 꾸준한 증가와 씨름해야 합니다.
이러한 문제를 해결하기 위한 최전선에는 탄소 배출을 대기 중으로 방출하기 전에 포집하고 저장하는 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술이 있습니다.
탄소 배출을 줄이기 위한 노력에서 이 중요한 도구가 직면한 중요한 과제 중 하나는 가치 사슬 전반에 걸쳐 인프라와 장비를 업그레이드하는 것입니다. 예를 들어 CCUS의 중요한 구성 요소인 탄소 포집(CC)을 생각해 보세요. 여기에는 다양한 기술 준비 수준(TRL)의 기술 모음이 포함되며, 각각 고유한 과제를 제시합니다. 네 가지 주요 탄소 포집 기술이 있습니다: 연소 후, 연소 전, 순산소 연소, 직접 공기 포집(DAC)이 그것입니다.
4가지 유망한 탄소 포집 기술
탄소 문제를 효과적으로 해결하고 유망한 솔루션을 찾으려면 네 가지 주요 CC 기술의 차이점을 이해하는 것이 필수적입니다:
- 연소 후 포집은 네 가지 기술 중 가장 성숙한 기술이며, 적용 범위가 가장 넓어 탄소 포집 분야에서 가장 큰 시장 부문을 차지합니다. 화학적(일반적으로 아민 기반) 또는 물리적(셀렉솔, 렉티솔, 플루오르™ 등) 용매를 널리 활용하며 화학적 용매가 가장 많이 사용됩니다. 화학 용제는CO2와 함께 부식성이 있어 씰과 부품 마모에 영향을 미치고 밸브, 펌프, 열교환기 등 장비의 고장을 일으킬 수 있습니다. 연소 후 기술은 발전, 석유화학, 철강, 시멘트 등 다양한 산업에 적용되고 있습니다.
- 연소 전 기술은 천연가스 복합 발전소, 가스화 복합 발전소(IGCC) 및 천연가스 개질 공정에 잠재적으로 사용될 수 있는 차세대 선도 기술입니다. 오늘날 상용화된 연소 전 CC 기술은 일반적으로 압력 스윙(PSA) 또는 온도 스윙(TSA)을 통해 이루어지는 흡착 공정1을 사용합니다. 압력 스윙 흡착(PSA) 공정이 TSA보다 더 많이 상용화되어 있습니다. PSA 공정은 탄소가 분리되는 동안 수소를 회수하고 정제하는 데도 활용되며, 수소 수요가 증가함에 따라 유리한 선택으로 자리매김하고 있습니다. 그러나 이 공정은 높은 사이클 속도(연간 최대 200,000회2), 높은 공정 압력, 공급 가스의 양방향 흐름으로 작동합니다. 이 모든 것이 결합되어 장비의 마모를 가속화하고 신뢰성 문제를 일으킬 수 있습니다.
- 순산소 연소는 연소를 위해 공기에서 질소를 제거하여 거의 순수한 산소를 사용합니다. 이 기술의 주요 장점은 질소를 사용하지 않기 때문에 질소산화물 발생이 적고 포집된CO2의 수율이 높다는 점입니다. 그러나 산소 농도가 높기 때문에 이 공정은 고온(3000~4500°F 이상)에서 이루어집니다. 따라서 장비에는 고온은 물론 고농도의CO2로 인한 부식성 환경을 견딜 수 있는 소재가 필요합니다. 예를 들어, 바이오매스 발전 산업은 탄소 포집 및 격리 기술을 이용한 바이오에너지(BECCS)라고 하는 산소연소 연소를 활용합니다.
- 직접 공기 포집(DAC) 은 대기에서 직접이산화탄소를 포집하기 때문에 네거티브 배출 기술로 인정받고 있습니다. DAC 공정에는 액체 용매와 고체 흡착제가 주로 사용되지만, 액체 용매는 공정 장비에 부식을 일으킬 수 있는 위협이 됩니다. DAC는 아직 상업적으로 도입할 준비가 되어 있지 않지만 미국, 캐나다, EU, 영국 등 주요 시장의 정부 지원에 힘입어 빠르게 성장할 잠재력을 지니고 있습니다. 최근 시멘트 및 식음료 산업에서 DAC 기술로 포집한이산화탄소를 사용하는 사례가 등장했습니다.
탄소 포집 과제 해결
이러한 과제에 대응하기 위해 그린 트위드의 재료 포트폴리오는 탄소 포집 시장의 가장 까다로운 환경에서도 뛰어난 성능과 오래 지속되는 신뢰할 수 있는 솔루션입니다. 예를 들어 고온과 강한 용매가 필요한 연소 후 또는 DAC 공정을 고려할 수 있습니다. 최근 출시된 켐트라즈® 541과 같은 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) O-링은 아민 서비스에서 매우 우수한 성능을 발휘합니다. 이러한 첨단 소재로 제작된 부품은 기계식 씰, 펌프, 밸브, 흡수기 및 재생기와 같은 장비의 신뢰성과 수명을 늘리는 데 기여할 수 있습니다. WR® 600 및 WR 650®은 펌프용 베어링 및 부싱에 사용되는 PFA 복합 소재로, 고온에서 DEA 또는 MDEA와 같은 아민에 대한 내성이 뛰어납니다. Arlon 3000XT® 가교 PEEK와 같은 일부 소재는 컬럼 패킹과 같은 응용 분야에서 기계적 특성 저하가 우려되는 경우 대안이 될 수 있습니다.
탄소 포집 애플리케이션을 탐색할 때 Greene Tweed의 상업 및 엔지니어링 팀은 귀사의 요구에 맞는 최적의 솔루션을 선택할 수 있도록 도와드릴 준비가 되어 있습니다. 지속 가능하고 효율적인 탄소 포집 프로세스를 향한 여정에서 그린 트위드의 소재 솔루션이 어떻게 도움이 될 수 있는지 알아보려면 주저하지 말고 문의해 주세요.
1. https://www.energy.gov/fecm/pre-combustion-carbon-capture-research
2. Flowserve - PSA 애플리케이션에서 밸브 신뢰성 및 성능 향상