연구목표

[최종목표] ㅇ 발전·제철·석유화학 등 배출원별 CO2조성 변동 조건에서 복합 불순물을 ppm 수준(≤5 ppm)으로 제거하여 해상 운송·저장 가능한 고순도 액화 CO2 품질을 안정적으로 확보하는 50 t/d급 통합 전처리·정제 기술 및 실증 운전 기술 확보 [1차년도 목표] ㅇ (시스템) 50 t/d급 기초 설계(PFD 수준) 및 안전성 확보 방안 수립 ㅇ (소재) Lab 평가 시스템 구축 및 흡착제·촉매 제조/확보 ㅇ (AI) LCO₂ 공정 적용 데이터 요구사항 정의 및 수집 기반 설계 ㅇ (분석) 불순물별 분석법 조사 및 프로토콜(초안) 도출 [2차년도 목표] ㅇ (시스템) 50 t/d급 상세 설계(P&ID/3D) 완료 및 핵심 유닛·모듈 제작 착수 ㅇ (소재) 흡착제·촉매 성능평가 및 대량 제조 recipe 도출 ㅇ (AI) 데이터 수집 모델·모니터링 프로토타입 개발 ㅇ (분석) 공정 적용 분석 포인트 확립 및 분석 신뢰성 확보 [3차년도 목표] ㅇ (시스템) 실증 설비 제작 완료 및 광양 실증부지 설치·연계 ㅇ (소재) 50 t/d급 흡착제·촉매 제조 및 장입, 장기 안정성 평가 ㅇ (AI) 공정 데이터 기반 AI 분석 초기 모델 개발 ㅇ (분석) 실증 설비 연계 분석법 확립(교차검증 포함) [4차년도 목표] ㅇ (시스템) 150 hr 연속 운전 및 공정 안정성/가동률 검증 ㅇ (소재) 비활성화 방지 및 교체·재생 주기 확정 ㅇ (AI)실증 환경 연계 AI 모델 고도화 및 최적운전 지원 구현 ㅇ (분석) 불순물 ppm 수준 달성 검증 및 분석 방법 표준화(SOP)

연구범위

[1차년도] ㅇ1차년도에는 다중 산업 배출원 CO2 특성 분석을 기반으로 통합 전처리 공정의 기초 설계와 핵심 소재 및 분석 기술의 초기 개발을 수행 ㅇ발전·제철·석유화학 등 다중 배출원 CO2 가스 성상 및 불순물 거동 분석 수행 ㅇ통합 전처리 공정 기초 설계(PFD) 수립 및 설비 설계 규격 정의 ㅇCO2 내 불순물 제거용 흡착제 성능 평가 시스템 구축 ㅇ불순물 특성별 흡착제 및 촉매 소재 제조 및 확보 착수 ㅇLCO2 공정 적용을 위한 데이터 수집 구조 설계 ㅇ공정 데이터 통합 관리 체계 및 AI 분석 환경 기본 구조 설계 ㅇCO2 내 미량 불순물 분석 방법 조사 ㅇ수분 분석법 개발 착수 및 분석 영향 인자 평가 ㅇ샘플링 및 분석 인프라 구축을 위한 하드웨어 설계 수행 ㅇ제철 부산물 기반 hydrozincite/ZnO 반응흡착 소재 개발 착수 ㅇ산성가스 제거 성능 확보를 위한 기초 소재 연구 수행 ㅇNH₃, 휘발성 아민 및 THC 동시 제거용 복합 흡착 구조 설계 개념 정립 ㅇ지지체？탄소 코팅？기능기 기반 구조 설계 전략 도출 ㅇ지역·산업군별 CO2 배출원 조사 ㅇ배출가스 특성 데이터 확보 및 사업화 기초 분석 수행 [2차년도] ㅇ2차년도에는 실증 설비 구축을 위한 상세 설계와 함께 소재 성능 검증 및 분석·데이터 시스템 구축 추진. ㅇ전처리 설비 상세 설계완료 ㅇ핵심 전처리 유닛 제작 착수 ㅇ다중 배출원 대응 설계 반영 및 HAZOP 수행을 통한 안전성 확보 ㅇ흡착제 및 촉매 성능 평가 수행 ㅇ대량 제조 recipe 도출 및 제조 기술 확보 ㅇ미량 불순물 분석 시스템 구축 ㅇ공정 데이터 수집·저장·처리 구조 구현 ㅇ통합 모니터링 시스템 프로토타입 개발 ㅇ자동 분석 장비 구축 및 오프라인 CO₂ 샘플 분석 수행 ㅇ분석법 최적화를 통한 분석 신뢰성 확보 ㅇ복합 불순물 조건에서 산성가스 동시 제거 성능 평가 ㅇ최적 반응흡착 소재 선정 ㅇ120℃ 이하 저온 재생 가능한 흡착 구조 구현 ㅇ수분·산소 공존 환경에서의 구조 안정성 평가 ㅇ실증 설비 운영 체계 구축 ㅇ설비 구축 관련 인허가 대응 전략 수립 [3차년도] ㅇ3차년도에는 50 t/d급 실증 설비 제작 및 현장 설치를 완료하고 공정 통합 운전 기반을 확보. ㅇ전처리 실증 설비 제작 완료 및 광양 실증 부지 설치 ㅇ액화·저장·벙커링 공정과 통합 연계 ㅇ기밀 시험 및 Loop Test 수행을 통한 시운전 전 검증 ㅇ50 t/d급 흡착제 생산 및 장입 용량 확보 ㅇ장기 안정성 평가 및 교체 주기 도출 ㅇPTSA 운전 시퀀스 확보 ㅇ실증 공정 데이터 기반 AI 초기 분석 모델 개발 ㅇ에너지 소비 패턴 및 경제성 평가 모델 구현 ㅇ실증 플랜트 연속 모니터링 시스템 연계 ㅇ분석 데이터 기반 CO2 순도 교차 검증 수행 ㅇ반응흡착 소재 장기 구동 안정성 및 재생 가능성 평가 ㅇ중·장기 연속 운전 수행 ㅇ흡착제 열화 메커니즘 분석 ㅇ실증 설비 통합 제어시설 구축 ㅇ배출원 변동 대응 운전 로직 개발 ㅇ실증 인프라 기반 기업 네트워크 구축 [4차년도] ㅇ4차년도에는 장시간 연속 운전을 통해 공정 신뢰성과 상용화 가능성을 최종 검증. ㅇ전처리 설비 시운전 및 150시간 연속 운전 수행 ㅇ공정 안정성 및 운전 최적화 수행 ㅇ연속 운전 지원 및 흡착제 비활성화 원인 분석 ㅇ실증 데이터 기반 AI 모델 고도화 ㅇ운전 시나리오 분석 및 의사결정 지원 기능 구현 ㅇCO2 품질 분석 표준안 및 운영 가이드라인 수립 지원 ㅇ반응흡착 소재 장기 안정성 및 재생 가능성 최종 검증 ㅇ반복 재생 기반 장기 안정성 평가

기대효과

[연구개발성과의 활용방안 및 기대효과]16) ㅇ CO2 허브(집적-전처리-액화-저장-선적) 구축 사업 적용 - 발전·제철·석유화학 등 다중 배출원 CO2를 허브에서 통합 처리하는 표준 모델로 적용 - 배출원별 CO2조성/부하 변동에도 연속 운전 가능한 운전 로직을 확보하여 산업단지형 CCS 클러스터에 즉시 활용 ㅇ 50 t/d급 통합 전처리·정제 패키지 상용화 기반 확보 - 흡착-촉매산화-PTSA-극저온 정제(증류) 통합 공정을 모듈/패키지(설계·제작·설치·시운전) 형태로 제공 가능 - 단일 배출원별 개별 설비 대비 CAPEX 절감 및 구축 기간 단축, 유지보수·A/S 대응성 향상 ㅇ ppm 수준(≤5 ppm 목표) 불순물 관리로 액화 CO₂ 품질 안정화 - 수분·산성가스·염기성가스·탄화수소·비응축성가스 등 복합 불순물을 동시 저감하여 극저온 액화 설비(열교환기/배관/탱크) 동결·부식·오염 리스크를 사전 차단 - 액화 CO2 품질 변동을 최소화하여 해상 운송 및 저장소 주입(Injection Specification) 대응 역량 강화 ㅇ 불순물 제거 소재(흡착제·촉매) 및 운전조건 데이터 확보 - 불순물별 파과(Breakthrough) 기반 교체·재생 주기, 운전 조건(온도/압력/사이클) 도출로 O&M 매뉴얼 표준화 - 반응흡착/흡착 소재의 스케일업 제조 recipe 및 성능 DB를 통해 소재 국산 공급망 구축 및 비용 절감 ㅇ CO2 미량 불순물 분석 시스템·SOP 구축 및 품질 인증 기반 마련 - 실증 설비 연계 온·오프라인 샘플링-분석-교차검증 체계를 통해 ppm 수준 품질 데이터를 생산 - 향후 CO2 유통·해상 운송 확대 시 품질 인증/검증(시험·성적서) 서비스로 확장 가능 ㅇ AI 기반 최적 운전·안전·경제성 분석 적용 - 실증 데이터 기반 지속 학습으로 제거효율-에너지-운영비를 동시 최적화하는 운전 전략 구현 - 이상징후 조기 탐지로 설비 손상 및 다운타임을 줄여 가동률 향상 및 에너지 비용 절감(목표 10~15% 수준) 기대 ㅇ 국가 탄소중립(NDC) 및 CCS 인프라 확장 기여 - 산업부문 대규모 CO2 처리를 위한 핵심 전처리 기술 국산화로 기술 자립 및 운영 안정성 확보 - 향후 Mt급 허브 확장 및 해외 CCS 프로젝트 참여 시 전처리 패키지 플랜트 수출 기반 마련

자료실

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