□ 한국화학연구원(원장 이규호)은 음식물 쓰레기에서 나오는 온실가스인 메탄 및 이산화탄소의 혼합
가스를 고순도로 분리 정제하여 유용한 자원으로 만드는 분리막* 기술을 개발했다.
* 여러 기체가 혼합되어 있는 물질 중에, 원하는 기체만 선택적으로 분리할 수 있는 막소재를 가지고, 막을
직병렬로 다단으로 연결하여 원하는 기체의 순도 및 회수율을 높이는 정제기술
○ 본 기술을 기반으로 한 파일럿 플랜트가 파주에 건설되어 시범운영 중이며, 상용화 성공을 의미하는
환경부 환경신기술 인증을 획득*하고 현재 검증을 진행 중에 있다.
* 환경신기술 인증[제504호]
□ 음식물쓰레기, 하수슬러지, 축산분뇨 등에서 발생하는 바이오가스에는 온실기체인 메탄과 이산화탄소가
들어 있으며 고순도로 정제하면 신재생 천연가스나 화학원료로 활용할 수 있는 가능성이 있다.
○ 하지만 보통 바이오 가스에는 메탄이 60-70%의 농도로, 이산화탄소는 30-40% 농도로 들어있고, 미량이지만
실록산, 황화수소, 암모니아, 수분 등의 불순물이 혼합되어 있어 바로 자원으로 활용하기에는 한계가
있다. 따라서 그동안 음식물 쓰레기와 균주를 혼합해서 발효하는 혐기성 소화 플랜트 연소과정을 거친
후, 여기에서 발생되는 바이오메탄가스를 대부분 발전으로만 활용해왔다.
○ 그러나 최근 기후변화 등의 환경 문제가 떠오르면서 발전의 효율이 낮은 기존 방식에서 한 단계 더 나아가,
바이오가스를 바로 순도 높은 고부가 화학원료나 신재생 천연가스로 전환하는 바이오가스 정제
기술의 수요가 늘어나고 있다. 현재 우리나라에서는 유럽에서 상용화된 기술의 수입에 의존하고 있는
실정이다.
□ 화학(연) 김정훈 박사 연구팀은 국내 최초로 바이오가스 중 메탄과 이산화탄소를 고순도로 분리 회수하여
도시가스, 자동차연료 및 화학원료로 바로 생산할 수 있는 4단 분리막 기술을 개발했다. 본 기술은 우수한
성능과 가격 경쟁력을 가지고 있다.
○ 도시가스(LPG)의 주성분은 메탄인데, 화학(연)에서 개발한 4단 분리막 기술을 적용하면 버려지는 음식물
쓰레기 및 축산 분뇨, 하수슬러지 등에서 발생되는 바이오가스로부터 최대 98%의 메탄을 회수율 98%까지
쓰레기 생산할 수 있어 도시가스로 바로 활용할 수 있다.
○ 또한 95%이상의 고순도 이산화탄소를 95%이상의 회수율로 동시에 회수할 수 있다. 이산화탄소는
탄소자원화* 기술을 거쳐 메탄올, 에탄올, 올레핀, 등의 청정 연료 및 화학제품으로 활용될 수 있어서 향후
온실가스 감축에 기여할 것으로 예상된다.
* 탄소자원화 : 지구온난화의 주범인 탄소 화합물(CO2, CO, CH4)을 유용한 자원으로 활용하는 기술혁신 개념.
‘탄소자원화 발전전략’이 올해 제33차 국가과학기술자문회의(4.21) 및 제1차 과학기술전략회의(5.12)에서
보고되었으며, 현재 국가 전략 프로젝트로 추진되고 있다.
□ 본 공정에 채택된 분리막은 국내에서 개발되어 바이오가스 분리막 세계 시장을 주도하고 있는 독일 및
프랑스, 일본 등의 2단？3단 막분리공정 경쟁기술의 분리막에 비해 가격이 1/3이하로 낮다. 따라서
전체플랜트를 국산화할 경우 설치 비용을 절반 이하로 낮출 수 있어 수입대체 및 수출 효과가 기대된다.
○ 음식물 쓰레기, 축산 분뇨, 하수슬러지 등의 유기성 폐기물에서 신재생 에너지 및 탄소자원화 원료인 바이오
가스를 생산？정제하는 전세계 시장 규모는 140조원에 달한다. 국내에서 바이오가스로부터 신재생 천연
가스를 정제하여 천연가스를 수입대체할 경우 연 1조원의 경제적 효과를 기대할 수 있다. 또한 해외
바이오가스 의 도시가스, 자동차연료, 탄소자원화를 위한 정제플랜트 시장 진출도 가능하다.
□ 화학(연) 김정훈 박사는 “화학(연)의 원천 분리막 공정 특허기술을 기반으로, 참여기관 및 참여업체들
의 협력연구와 환경부의 꾸준한 과제지원을 통해 파일럿 플랜트와 상용화에 가까운 실증플랜트를 단계적
으로 개발하였다.”고 밝혔다.
○ 화학(연) 이규호 원장은 “본 기술은 그동안 독일, 프랑스, 일본 등 일부 기술선진국만이 보유하고 있었던
바이오가스 정제 분리막 공정 기술을 국내 독자기술로 개발해 기술자립을 이루었다는 점에서 의미가
크다. 향후 탄소자원화 원료확보 및 온실가스 저감 및 신재생에너지 확보에도 기여할 것으로 기대된다.
”고 밝혔다.
□ 본 연구결과는 2011년부터 2016년까지 환경부 Non-CO2 사업단(단장: 문승현 박사)의 지원으로, 화학
(연)의 총괄주관(탄소자원화연구소 온실가스분리회수 그룹장 : 김정훈 박사)아래 전체적인 막분리공정
개발을 기획하고 수행하였으며 ㈜한국종합기술(대표이사 : 이강록), 에어레인(주)(대표이사: 하성용)이 참여
기업으로분리막 실증플랜트의 개발을 지원하였다.
○ 또한 참여기관으로 청해ENV(주)(대표이사 : 이병관)가 각각 탈황 및 탈암모니아 전처리기술과 ㈜시노펙스
(대표이사 : 손경익)가 이산화탄소/메탄 분리막 모듈개발을 수행하였으며 파주시의 협조아래 파주시 시설
관리공단에 파일럿 및 실증플랜트를 설치하여 연구를 진행하였다
○ 화학(연)은 국내 특허(제10-1529130호, 제10-1529129호)를 등록하였으며 향후 바이오가스 시장의 급격한
성장이 예상되는 미국 및 동남아(중국, 인도네시아 등)에 해외 특허를 진행 중에 있다.
○ 화학(연)은 올해 창립 40주년을 맞아 새로운 비전으로 “Chemistry for us(우리를 위한 화학),
Chemistry for earth(지구를 위한 화학)”을 공표하고 탄소자원화 등 전 지구적 현안을 해결하기 위한
화학기술 개발에주력하고 있다.