탄소 포집 및 저장 (Carbon Capture and Storage, CCS) 기술

탄소 포집 및 저장 (Carbon Capture and Storage, CCS) 기술은 화력 발전 및 철강 생산과 같은 대규모 산업 활동에서 발생하는 이산화탄소 (CO2) 배출량을 줄이는 것을 목표로 하는 공정입니다. CCS 기술에는 산업 공정에서 배출되는 CO2를 포집하여 저장 위치로 운반하는 과정이 필요합니다. 저장하고자 하는 위치에 CO2가 저장되고 대기로부터 격리됩니다.
 
CCS 프로세스는 일반적으로 포집 (capture), 운송 및 저장의 세 가지 주요 단계를 포함합니다. 포집 단계는 산업 공정에서 배출되는 CO2를 포획하는 것을 포함하며, 일반적으로 흡수, 흡착 또는 막분리와 같은 다양한 기술을 사용합니다. 이렇게 포집 된 CO2는 압축되어 파이프라인, 선박 또는 기타 운송 방법을 통해 적절한 저장 위치로 운반됩니다. 저장 과정에서 고갈된 석유 및 가스 저장소, 식염수층 또는 심해 퇴적물과 같은 지질학적 형성물에 CO2를 주입하는 것을 포함하며, 여기서 CO2는 저장되고 대기로부터 영구적으로 격리됩니다.
 
탄소 포집 및 저장 (CCS) 기술에 대한 재료 공학의 역할
재료 공학은 탄소 포집 및 저장 (CCS) 기술의 개발 및 배치에 중요한 역할을 합니다. CCS 기술에는 산업 공정에서 배출되는 CO2를 포착하여 지질학적 형성 또는 기타 저장 장소에 저장하는 작업이 포함됩니다. 적절한 재료의 사용은 CCS 시스템의 효율성, 안전성 및 장기적 안정성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 재료 과학이 CCS 기술과 특히 관련이 있는 몇 가지 영역이 있습니다.

• CO2 포집 물질: 효과적인 CO2 포집 물질의 개발은 CCS 기술의 핵심 과제입니다. 금속 - 유기 골격체 (Metal - Organic Frameworks, MOFs), 제올라이트, 아민 기반 용매 등의 재료가 개발 및 최적화되면, 산업 공정에서 CO2를 선택적으로 포집할 수 있습니다.
• CO2 운송 자재: 포획된 CO2를 운반하려면 CO2의 고압 및 부식성 특성과 호환되는 재료가 필요합니다. 강재, 철근콘크리트, 복합재료 등의 재료를 개발하여 파이프라인, 수송선 등에 사용할 수 있도록 시험하고 있습니다.
• CO2 저장 물질: 포획된 CO2를 저장하려면 CO2 누출을 방지하고 저장 장소의 장기적 안정성을 보장할 수 있는 재료가 필요합니다. 시멘트, 고분자, 지합성 등의 재료가 개발되어 CO2 저장 용도로 사용될 수 있도록 테스트되고 있습니다.
• 모니터링 및 검증을 위한 자료: CO2 저장 장소의 장기적인 모니터링 및 검증을 위해서는 가혹한 환경을 견딜 수 있고 정확한 측정을 제공할 수 있는 재료가 필요합니다. 센서나 추적기와 같은 재료는 CCS 모니터링 및 검증에 사용하기 위해 개발 및 테스트되고 있습니다.

 
재료 공학은 CCS 기술의 안전하고 효율적인 구현을 보장하는 데 중요합니다. 재료 공학의 발전은 CCS 기술의 비용과 환경적 영향을 줄이고 지구 기후 변화에 대한 목표를 달성하는 데 중요합니다.
CCS 기술은 산업 공정에서 발생하는 CO2 배출량을 크게 줄일 수 있는 가능성을 가지고 있지만, 아직 높은 처리 비용, 기술적 실현 가능성 등 극복해야 할 과제도 존재합니다. 그럼에도 불구하고, CCS는 탄소 배출 제로를 달성하기 위한 중요한 기술로 간주되고 있으며, 많은 국가와 기업들이 CCS의 개발에 투자하고 있습니다.
 

Photo by Chris LeBoutillier on Unsplash

 

참고
탄소 배출과 포스코의 수소환원제철 기술