다이렉트 에어캡처

Direct air capture
Flow diagram of direct air capture process using sodium hydroxide as the absorbent and including solvent regeneration.
수산화나트륨을 흡착제로 사용하고 용제 재생을 포함한 직접 공기 포획 공정의 흐름도.

다이렉트 에어캡처(DAC)는 (시멘트 공장이나 바이오매스 발전소와 같은 점원으로부터 캡처를 하는 것과는 대조적으로) 대기에서 이산화탄소(CO2)를 직접 캡쳐하고 탄소중립 연료와 풍력 가스의 격리 또는 이용이나 생산을 위해 집중된 CO2 흐름을 생성하는 과정이다. 이산화탄소 제거는 주변 공기가 화학적 매체, 일반적으로 수성 알칼리성 용제[1] 또는 흡착제와 접촉할 때 달성된다.[2] 이러한 화학 매체는 이후 에너지(명칭 열)의 적용을 통해 CO를2 제거하여 탈수 및 압축을 겪을 수 있는 CO2 흐름을 발생시키는 동시에 화학 매체를 재생하여 재사용할 수 있다.

DAC는 1999년에 제안되었고 유럽과 미국 전역에서 몇몇 상업 공장이 가동되거나 계획되고 있지만 여전히 개발 중에 있다.[3][4] 대규모 DAC 구축은 경제적 활용 사례 또는 정책 인센티브와 연계될 경우 가속화될 수 있다.

DAC는 기존의 포인트 소스 탄소 포획 및 저장(CCS)에 대한 대안이 아니라 자동차의 배기 가스처럼 분산된 소스에서 배출되는 배출물을 관리하는 데 사용될 수 있다. DAC는 CO의2 장기 저장과 결합하면 이산화탄소 제거 도구 역할을 할 수 있지만, 2021년 현재 이산화탄소 톤당 비용이 이산화탄소 가격의 몇 배에 달하기 때문에 수익이 나지 않는다.

포획 방법

대부분의 상업적 기법은 큰 팬이 필터를 통해 주변 공기를 밀어 넣어야 한다. 보다 최근 아일랜드에 본사를 둔 Carbon Collect Limited사는[5] CO를2 획득하기 위해 단순히 바람 속에 서 있는 MechanicalTree™를 개발했다. 이러한2 CO의 '패시브 캡처'는 다이렉트 에어 캡쳐의 에너지 비용을 현저히 절감하며, 그 형상은 기가톤 CO2 캡처를 위한 스케일링에 도움이 된다.

대부분의 상업적 기법은 액체 용매(일반적으로 아민 기반 또는 가성 물질)를 사용하여 기체의 CO를2 흡수한다.[6] 예를 들어 일반적인 가성 용매: 수산화나트륨은 CO와2 반응하여 안정적인 탄산나트륨을 침전시킨다. 이 탄산염은 매우 순수한 기체 이산화탄소를2 생성하기 위해 가열된다.[7][8] 수산화나트륨은 가성화 과정에서 탄산나트륨으로부터 재활용될 수 있다.[9][failed verification] 대체적으로2, CO는 화학방출 과정에서 고체흡착제에 결합된다.[6] 열과 진공을 통해 CO를2 고체에서 탈착시킨다.[8][10]

탐사되고 있는 구체적인 화학적 과정으로는 알칼리 및 알칼리-지구 수산화물을 이용한 가성화, 탄산화,[11] 다공성 흡착제에 지원되는 아민으로 구성된 유기농 복합 흡착물 등 3가지가 눈에 띈다.[3]

기타 탐색된 방법

살아 있는 식물에게 아날로그식인 많은 소규모 분산형 DAC 스크러버를 사용하여 환경적으로 현저한 CO2 수준 저감을 만들자는 아이디어는 이 기술을 대중 매체에서 인공 나무라는 이름을 얻게 되었다.[12][13]

수분 스윙 흡착제

2012년 음성탄소배출센터(CNCE) 소장인 클라우스 러크너 교수가 설계한 주기적 공정에서 묽은2 CO는 건조 시 공기 CO를2 흡수하고 습기에 노출되면 배출하는 마라톤 MSA라는 음이온 교환 폴리머 수지를 이용해 효율적으로 분리할 수 있다. 공정을 위한 에너지의 상당 부분은 물의 상변화 잠재열에 의해 공급된다.[14] 이 기술은 그 가성비를 결정하기 위해 더 많은 연구가 필요하다.[15][16][17]

금속-유기체 프레임워크

주요기사 : 이산화탄소 스크러버 § 금속-유기체 프레임워크(MOF)

사용할 수 있는 다른 물질은 금속-유기체 프레임워크(또는 MOF)이다.[18]

막

CO의2 막 분리는 반투과성 막에 의존한다. 이 방법은 물이 거의 필요 없고 발자국이 작다.[6]

환경영향

DAC를 지지하는 사람들은 그것이 기후 변화 완화의 필수적인 요소라고 주장한다.[19][10][17] 연구자들은 DAC가 파리 기후 협정의 목표(명칭 지구 평균 온도 증가를 산업화 이전 수준보다 2°C 이하로 제한)에 기여할 수 있을 것으로 보고 있다. 그러나 다른 이들은 이 기술에 의존하는 것은 위험하며 나중에 문제를 해결할 수 있을 것이라는 생각에 배출량 감축을 연기할 수도 있다고 주장하고 있으며,[4][20] 배출량을 줄이는 것이 더 나은 해결책이 될 수 있다고 제안한다.[7][21]

아민 기반 흡수에 의존하는 DAC는 상당한 수분 투입을 요구한다. 연간2 3.3기가톤 CO를 포획하기 위해서는 300km의3 물, 즉 관개에 사용되는 물의 4%가 필요할 것으로 추정되었다. 반면 수산화나트륨을 사용하는 경우 물이 훨씬 덜 필요하지만 물질 자체는 가성비가 높고 위험하다.[4]

또한 DAC는 CO의2 낮은 농도로 인해 연도 가스 같은 점원으로부터의 전통적인 포획에 비해 훨씬 더 많은 에너지 입력을 요구한다.[7][20] 대기 중 CO를2 추출하는 데 필요한 이론적 최소 에너지는 CO2 톤당 약 250 kWh이며, 천연가스와 석탄 발전소의 포획은 CO2 톤당 각각 약 100 kWh와 65 kWh가 필요하다.[19] 이러한 내재된 에너지 수요 때문에, 일부 지구공학 추진자들은 DAC 설비에 연결된 "소형 원전"을 사용할 것을 제안했다.[4]

DAC를 탄소 포획 및 저장(CCS) 시스템과 결합하면 음의 배출 발전소를 생산할 수 있지만, 무탄소 전기원이 필요하다. 화석 연료로 생성된 전기를 사용하면 결국 그것이 포착할 수 있는 것보다 더 많은 이산화탄소를2 대기에 방출하게 될 것이다.[20] 게다가 향상된 석유 회수를 위해 DAC를 사용하면 예상된 기후 완화 혜택을 취소할 수 있다.[4][8]

적용들

DAC의 실제 적용은 다음과 같다.

이러한 애플리케이션은 포획된 기체로부터 형성되는 다른 농도의 CO2 제품을 필요로 한다. 지질 저장과 같은 탄소 격리 형태는 순수한 CO2 제품(농도 > 99%)이 필요한 반면 농업과 같은 다른 애플리케이션은 더 희석된 제품(~5%)으로 기능할 수 있다. DAC를 통해 처리되는 공기는 원래 0.04%의2 CO(또는 400ppm)를 함유하고 있기 때문에 순수 제품을 만들려면 묽은 제품보다 더 많은 에너지가 필요하기 때문에 전형적으로 더 비싸다.[14][23]

DAC는 기존의 포인트 소스 탄소 포획 및 저장(CCS)에 대한 대안이 아니라 분산된 소스의 탄소 배출, CCS 네트워크의 탈피 배출, 지질 형성으로부터의 누출을 관리하는 데 활용할 수 있는 보완 기술이다.[19][21][7] DAC는 오염원으로부터 멀리까지 전개될 수 있기 때문에, 이 방법으로 생산된 합성 연료는 이미 존재하는 연료 수송 인프라를 이용할 수 있다.[22]

비용

CO2 직접공기포착공장의[24] 기술경제적 평가

DAC를 구현하는 데 있어 가장 큰 장애물2 중 하나는 CO와 공기를 분리하는 데 필요한 비용이다.[23] 2011년의 한 연구는 연간 1메가톤의 이산화탄소를2 흡수하도록 설계된 발전소는 22억 달러의 비용이 들 것이라고 추정했다.[7] 같은 기간의 다른 연구들은 DAC의 비용을 CO2[19] 1톤당 200–1000달러, 톤당 600달러로 제시하였다.[7]

2015년부터 2018년까지 캐나다 브리티시 컬럼비아주에 있는 한 시범공장을 대상으로 실시한 경제연구 결과, 제거된 대기 중 이산화탄소2 1톤당 94~232달러로 비용이 추정됐다.[10][1] 이번 연구는 DAC 기술 상용화에 재정적인 관심을 갖고 있는 카본엔지니어링이 수행한 연구라는 점에 주목할 필요가 있다.[1][8]

대규모 DAC 배치는 45Q나 캘리포니아 저탄소 연료 표준과 같은 정책 인센티브를[25] 통해 가속화할 수 있다.[citation needed]

개발

카본 엔지니어링

주요기사: 탄소공학

빌 게이츠와 머레이 에드워즈가 2009년 설립한 상업용 DAC 기업이다.[22][21] 2018년 현재 캐나다 브리티시컬럼비아주에서 2015년부터[10] 사용 중인 시범공장을 운영하며 하루 1톤 정도의 CO를2 추출할 수 있다.[4][21] 2015년부터 2018년까지 실시된 그들의 시범공장에 대한 경제 연구는 그 비용을 대기 중 이산화탄소를2 제거한 톤 당 94–232 달러로 추정했다.[10][1]

캘리포니아 에너지 회사 그레이록과 제휴하면서, 그들은 농축된 CO의2 일부를 가솔린, 디젤, 제트 연료를 포함한 합성 연료로 전환한다.[10][21]

그 회사는 수산화칼륨 용액을 사용한다. CO와2 반응하여 탄산칼륨을 형성하여 공기 중에서 일정량의 CO를2 제거한다.[22]

클라임웍스

주요 기사: 클라임웍스

스위스 취리히의 힌윌에 2017년 5월 가동을 시작한 그들의 첫 산업규모 DAC 공장은 연간 900톤의 CO를2 포획할 수 있다. 에너지 요구량을 낮추기 위해, 그 발전소는 지역 폐기물 소각장에서 나오는 열을 이용한다. CO는2 인근 온실에서의 채소 수확량을 증가시키기 위해 사용된다.[26]

그 회사는 1톤의 이산화탄소를2 공중에서 잡는데 약 600 달러가 든다고 말했다.[27][6]

클라임웍스는 2007년 시작된 카바픽스 프로젝트에서 레이캬비크 에너지와 제휴했다. 2017년 카바픽스2 프로젝트가 시작돼[28] 유럽연합(EU)의 Horizon 2020 연구 프로그램에서 자금을 지원받았다. CarbFix2 시범 발전소 프로젝트는 아이슬란드 헬리스하이디의 지열 발전소와 함께 운영된다. 이 접근법에서 CO는2 지하 700m에서 주입되어 탄산염 광물을 형성하는 기저암에 광물화된다. DAC 발전소는 발전소에서 나오는 저등급 폐열을 사용하여 두 발전소가 생산하는 것보다 더 많은 CO를2 효과적으로 제거한다. [4][29]

글로벌 서모스탯

앨라배마주 헌츠빌에 공장을 두고 뉴욕 맨해튼에 위치한 2010년 설립된 민간기업이다.[22] 글로벌 서모스탯은 탄소 스펀지에 묶인 아민 기반의 흡착제를 사용해 대기 중 CO를2 제거한다. 그 회사는 연간 4만톤에서 5만톤에 이르는 프로젝트를 가지고 있다.[30][verification needed][third-party source needed]

그 회사는 헌츠빌에 있는 자사의 시설에서 톤당 120달러에 CO를2 제거해야 한다고 주장한다.[22]

글로벌 서모스탯은 글로벌 서모스탯의 기술을 활용한 DAC-to-연료 사업을 개척하려는 코카콜라(DAC를 탄산음료 공급에 사용하려는2 목표)와 엑손모빌과의 계약을 체결했다.[22]

소레테어 파워

주요 기사: 소레테어 파워

핀란드 라페난타에 위치한 2016년 설립된 스타트업으로 DAC와 Power-to-X 분야에서 활동하고 있다. 이 스타트업은 주로 핀란드 기술 그룹인 Wartsilé의 지원을 받는다. 소레테어파워에 따르면 이들의 기술은 DAC와 건물통합을 결합한 세계 최초다. 건물 내 환기장치에서 나오는2 CO를 흡수해 이를 포착해 대기질을 개선한다. 단순히 탄소배출량을 줄이기보다는 DAC가 제거된 실내 CO2 400ppm당 직원들의 인지기능을 20% 향상할 수 있다는 점에 초점을 맞춘다는 하버드대 연구결과가 나왔다.[31]

그 회사는 합성 재생 연료의 생산과 산업 용도의 원료로서 캡쳐된 CO를2 사용한다. 2020년, Wartsilé는 Soletair Power, Q Power와 함께 빌딩에서 캡쳐된 CO에서2 합성 메탄을 생산할 수 있는 두바이 엑스포 2020을 위한 Power-to-X의[32] 첫 번째 시범 유닛을 만들었다.

프로메테우스 연료

주요 기사: 프로메테우스 연료

산타크루즈(Santa Cruz)에 본사를 둔 스타트업으로, 2019년 Y 콤비네이터를 출시해 공기 중 CO를2 제거해 제로넷(zero-net)탄소 가솔린과 제트연료로 전환했다.[33][34] 이 회사는 DAC 기술을 이용해 공기 중 CO를2 공정 전해질로 직접 흡착하고, 전기투석 방식으로 알코올로 전환한다. 그리고 나서 알코올은 탄소 나노튜브 막을 사용하여 전해질로부터 분리되고 가솔린과 제트 연료로 업그레이드된다. 이 공정은 재생 가능한 원천에서 나오는 전기만을 사용하기 때문에 연료는 사용 시 탄소 중립으로 대기 중에 순 CO를2 방출하지 않는다.

타회사

  • Infinitree – 초기에는 Kilimanjaro Energy and Global Research Technology로 알려져 있었다. 미국에 본사를 둔 카본 싱크 일부. 2007년[8][35] 경제성이 있는 DAC 기술의 사전 프로토타입 시연
  • Skytree – 네덜란드[29] 출신 기업
  • 영국 탄소 포획 및 저장 연구 센터[21]
  • 애리조나 주립대학의[36] 탄소배출부수 센터
  • 카변 - 네덜란드[37] 아인트호벤의 스타트업 기업
  • TerraFixing - 캐나다[38] 오타와에 있는 스타트업
  • CarbFix - 아이슬란드[39] 레이캬비크 에너지의 자회사
  • 에너지 영향 센터 - 직접 공기 포착 기술을 발전시키기 위해 원자력 에너지를 사용하는 것을 옹호하는 연구 기관.[40]

참고 항목

참조

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