중소형 CO₂ 포집 시스템, 왜 많은 기술 주체들이 주목할까?

탄소중립이 산업 전반의 핵심 과제로 떠오르면서, CO₂ 포집 기술은 더 이상 대규모 배출원만을 위한 기술에 머물지 않고 있습니다. 발전소나 제철소와 같은 대형 배출원뿐만 아니라, 중소형 보일러, 선박, 중소 제조시설, 상업시설 등 다양한 중소형 배출원에서도 CO₂ 저감 기술의 필요성이 커지고 있습니다.

중소형 배출원은 대형 플랜트에 비해 설치 공간이 제한적이고, 배출가스 조건이 현장마다 다르기 때문에 기존 대형 포집 설비를 그대로 적용하기 어렵습니다. 이에 따라 소형화, 모듈화, 저비용 운전, 유지관리 편의성을 갖춘 중소형 CO₂ 포집 시스템 개발이 중요한 과제로 떠오르고 있습니다.

이러한 흐름 속에서 국내에서도 포집 공정 최적화, 고성능 포집 소재, 기액접촉효율 개선, 모듈형 장비 설계 등 다양한 분야의 기술 개발이 진행되고 있습니다. 여러 기업과 연구기관, 스타트업이 중소형 배출원에 적합한 포집 솔루션을 개발하며, 현장 적용성과 경제성을 확보하기 위한 시도를 이어가고 있습니다.

중소형 CO₂ 포집 시스템은 아직 본격적인 상용화 이전 단계에 있지만, 분산된 배출원을 관리하고 탄소감축의 사각지대를 줄일 수 있는 기술로 주목받고 있습니다.

중소형 CO₂ 포집 시스템의 핵심 개발 방향

국내 중소형 CO₂ 포집 시스템 기술개발은 크게 세 가지 방향으로 추진되고 있습니다.

1. CO₂ 포집공정 최적화 기술

첫 번째는 CO₂ 포집공정 최적화 기술입니다.

중소형 배출원은 설치 공간과 에너지 사용량에 대한 제약이 크기 때문에, 장치를 단순히 소형화하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 배출가스 유량, 운전 조건, 설치 면적, 에너지 소비량 등을 종합적으로 고려한 공정 설계가 필요합니다.

로드맵에 따르면, 초기 단계에서는 설치 공간과 에너지 사용을 최적화할 수 있는 모델링 기술을 개발하고, 이후 선박이나 중소형 사업장과 같이 제한된 환경을 대상으로 한 모델링 도구와 사례 연구가 진행됩니다. 최종적으로는 100 Nm³/hr급 이상의 현장 실증을 통해 설계 기술을 검증하는 것을 목표로 합니다.

이를 통해 공간 제약이 있는 환경에서도 적용 가능한 유연한 CO₂ 포집 시스템 설계 기술 확보가 기대됩니다.

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2. CO₂ 포집소재 성능 향상 기술

두 번째는 CO₂ 포집소재 성능 향상 기술입니다.

CO₂ 포집 시스템의 경제성을 높이기 위해서는 포집제의 성능이 매우 중요합니다. 포집제가 적은 에너지로 CO₂를 효과적으로 흡수하고, 반복 사용에도 안정적인 성능을 유지할수록 전체 포집 비용을 낮출 수 있습니다.

국내 기술개발 로드맵에서는 실험실 규모의 3세대 CO₂ 포집제 개발을 시작으로, 벤치급 장치 적용 및 운전 안정성 검토, 파일럿급 제조 실증 단계로 확대하는 방향을 제시하고 있습니다.

즉, 단순히 포집 효율을 높이는 것을 넘어, 실제 현장에서 사용할 수 있는 경제적이고 안정적인 3세대 CO₂ 포집소재 개발이 핵심 목표입니다.

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3. 기액접촉효율 극대화 기술

세 번째는 기액접촉효율 극대화 기술입니다.

CO₂ 포집 공정에서는 기체 상태의 CO₂와 액체 포집제가 얼마나 효율적으로 접촉하는지가 중요합니다. 같은 포집제를 사용하더라도 기체와 액체의 접촉 면적이 넓고 반응 효율이 높을수록 CO₂ 포집 속도와 효율을 향상시킬 수 있습니다.

기액접촉효율을 높이면 동일한 포집제를 사용하면서도 반응기 크기를 줄일 수 있습니다. 이는 공간이 제한적인 중소형 배출원에 매우 중요한 기술 요소입니다.

국내 로드맵에서는 기액접촉효율을 극대화하기 위한 개념 설계와 실험실 규모 구현을 시작으로, Lab 실험을 통한 개발 공정 신뢰도 확보, 이후 현장 적용 실험으로 이어지는 개발 방향을 제시하고 있습니다.

최종적으로는 동일한 CO₂ 포집제를 사용하면서도 기액 접촉 반응기 크기를 절반 이하로 줄이는 기술 개발을 목표로 하고 있습니다.

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국내 기술개발 로드맵의 의미와 앞으로의 가능성

중소형 배출원은 대형 산업시설과 달리 배출 조건이 일정하지 않고 설치 공간도 제한적입니다. 따라서 안정적인 운전과 현장 적용성을 확보하기 위해서는 포집공정 설계, 포집소재 성능, 반응기 구조가 함께 최적화되어야 합니다.

이러한 측면에서 국내 중소형 CO₂ 포집 시스템 기술개발 로드맵은 단순한 장비 소형화를 넘어, 실제 산업 현장에 적용 가능한 포집 솔루션을 구현하는 방향으로 나아가고 있습니다.

현재 국내 기술개발은 실험실 규모의 기초 검증 단계에서 벤치급, 파일럿급 실증 단계로 확장되는 과정에 있습니다. 향후 공간 제약에 대응할 수 있는 설계 기술, 포집 비용을 낮출 수 있는 고성능 포집소재, 장치 크기를 줄일 수 있는 고효율 반응기 기술이 함께 발전한다면, 중소형 배출원에서도 보다 현실적인 탄소감축 솔루션을 구현할 수 있을 것으로 기대됩니다.

(참고자료: 중소기업 전략기술로드맵(2025~2027))

(이미지 1,2 : AI 제작)