CCUS 기술을 위한 스마트 계측 솔루션
공정 산업의 탈탄소화는 전 세계적으로 가장 시급하면서도 복잡한 과제 중 하나입니다. 의미 있는 진전을 이루기 위해서는 과감한 목표 설정뿐 아니라, 모든 단계를 절대적인 정밀도로 측정할 수 있는 역량이 필요합니다. 모든 성공적인 CCUS 프로젝트에서 정확한 계측은 기후 목표를 실제 운영 성과로 전환하는 핵심 요소이며, 측정 가능한 것만이 효과적으로 관리되고 개선될 수 있기 때문입니다.
WIKA는 수십 년간 축적된 전문성과 CCUS 커뮤니티와의 긴밀한 협력을 바탕으로, 탄소 포집부터 압축, 운송, 저장에 이르는 전 탄소 밸류체인에 최적화된 견고한 계측 솔루션을 개발했습니다. WIKA의 첨단 계측 솔루션은 발전, 시멘트, 철강, 알루미늄, 펄프 및 제지, 화학, 운송, 농업 등 전 세계 온실가스 배출량의 상당 부분을 차지하는 이산화탄소가 높은 산업에서 신뢰받고 있습니다.
극한 환경의 제철소부터 복잡한 화학 플랜트에 이르기까지, WIKA의 계측 기술은 정확성, 내구성, 그리고 높은 신뢰성으로 인정받고 있습니다. WIKA의 솔루션은 CCUS 시스템의 모든 단계를 모니터링하고 최적화하여, 배출량을 줄이고 야심찬 지속가능성 목표를 달성할 수 있도록 지원합니다.
CCUS에 사용되는 주요 기술
CCUS는 산업 배출원에서 이산화탄소를 포집·처리·저장하기 위해 다양한 첨단 기술에 기반하고 있습니다. 주요 기술 유형은 다음과 같습니다:
화학적 흡수(아민 스크러빙)
가장 널리 사용되는 화학적 흡수 방식은 MEA, MDEA 및 각종 독자적 혼합물과 같은 아민계 용제를 사용하여 배기가스에서 CO₂를 선택적으로 포집합니다. 이 공정은 CO₂가 용제에 결합되는 흡수탑과, 압축 및 저장을 위해 CO₂를 방출하는 탈흡수탑(스트리퍼)으로 구성됩니다. 해당 기술은 이미 상용화되어 있으며 확장성이 뛰어나 발전, 시멘트, 철강, 화학 산업 등에서 적용되고 있습니다.
물리적 흡수
Selexol, Rectisol과 같은 물리적 용제는 특히 연소 전 공정 및 합성가스 응용 분야에서 고압 조건하에서 CO₂를 포집하는 데 사용됩니다. 이 용제들은 화학 반응 없이 CO₂를 흡수하므로, 일부 공정에서는 재생 시 에너지 효율이 높습니다.
흡착
흡착 기술은 제올라이트, 활성탄, 아민 기능화 폴리머와 같은 고체 소재를 이용해 가스 흐름에서 CO₂를 포집합니다. PSA(압력 스윙 흡착)와 TSA(온도 스윙 흡착)는 대표적인 재생 방식입니다. 이러한 시스템은 구조가 컴팩트하여 모듈형 또는 분산형 적용에 적합합니다.
막 분리(Membrane separation)
막 분리 기술은 선택적 분리막(selective barrier)을 사용하여 이산화탄소(CO₂)를 다른 가스로부터 분리합니다. 고분자 막(polymeric membrane)과 하이브리드 막(hybrid membrane)은 구조가 단순하고 모듈화가 용이하며 에너지 소비가 낮다는 장점으로, 특히 소규모 설비나 기존 설비 개조(retrofit) 프로젝트에서 활용이 점차 확대되고 있습니다.
극저온 분리(Cryogenic separation)
극저온 분리 공정은 가스 스트림을 매우 낮은 온도로 냉각하여 CO₂를 액화 또는 고화시켜 분리하는 방식입니다. 이 기술은 고순도의 CO₂ 스트림에 특히 효과적이며, 다른 분리 기술과 조합 형태로 적용되는 경우가 많습니다.
직접 공기 포집(DAC, Direct Air Capture)
DAC 시스템은 화학적 또는 물리적 흡착제를 이용해 대기 중의 CO₂를 직접 포집합니다. 아직 초기 단계에 있는 기술이지만, 탄소 네거티브(negative emissions) 달성과 배출 저감이 어려운 산업 분야에 있어 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되고 있습니다.
생물학적 고정(Biological fixation)
일부 CCUS 프로젝트에서는 조류(algae) 배양이나 효소 촉매 반응과 같은 생물학적 공정을 활용해 CO₂를 포집하고 활용합니다.
이산화탄소 압축은 CCUS 공정에서 매우 중요한 단계로, 포집된 CO₂를 수송 또는 저장에 적합한 상태로 준비하는 역할을 합니다. 일반적으로 고유량, 저압 조건에서 원심식 압축기, 고압 조건에서 왕복동식(피스톤) 압축기가 사용되며, 최대 100 bar 이상의 압력까지 도달하는 경우도 많습니다. 압축기 흡입부와 토출부의 압력 및 온도를 정확하고 신뢰성 있게 계측하는 것은 안전하고 효율적인 운영을 위해 필수적입니다.
압축된 CO₂는 물량과 목적지에 따라 파이프라인, 선박 또는 상업용 차량을 통해 수송될 수 있습니다. 대규모 수송의 경우, 파이프라인이 가장 경제적이고 효율적인 솔루션으로 평가됩니다. CO₂는 가스, 액체 또는 **초임계 상태(supercritical state)**로 수송되며, 31 °C 이상, 74 bar 이상의 초임계 조건은 파이프라인 수송에 있어 효율성과 안전성을 극대화합니다. 일반적으로 액체 상태로 이루어지는 탄소 저장은 상 변화(phase transition)를 제어하고 완전한 봉쇄를 보장하기 위해 압력, 온도, 유량에 대한 정밀한 제어가 요구됩니다.
