온실가스 감축형 화학원료 생산을 위한
건식개질 기술이전 및 사업화
CO₂와 CH₄를 반응시켜 합성가스를 제조하는 건식개질 기술을 개발하여,
전 세계적으로 해결하지 못했던 탄소 침적 문제를 극복하고 10,000시간 이상 안정적인 장기 수명을 달성하였다.
또한 연간 8,000톤 규모의 세계 최대 CO₂ 활용 플랜트를 구축하고, 온실가스 감축형 합성가스 제조 기술의 이전을 완료함으로써,
일산화탄소(CO) 1톤을 생산할 때 약 1톤의 온실가스를 감축할 수 있는 수준에 도달하였다..
아울러, 본 기술을 통해 폴리우레탄, 에틸비닐아세테이트(EVA) 등 기존 석유화학제품을 CCU 기반 제품으로 대체할 수 있어,
2050년 탄소중립 목표 달성에 기여할 핵심 기술로 평가된다.
| 사업명 | 온실가스 감축형 합성가스 생산을 위한 CO2 활용 건식개질 플랜트 |
|---|---|
| 부처명 | 산업통상자원부 |
| 세부분야 | 기후·대기 |
| 세부과제명 | CO2 활용 일산화탄소 생산기술 |
| 성과명 | 원자력발전소 ALARA 의사결정 기반 방사선안전관리 통합시스템 |
| 연구자명 | 장태선 |
| 소속기관 | 한국화학연구원 |
| 성과내용 |
[추진배경]
[성과요약]
[우수성]
[기대효과] |
|---|---|
| 대표성과 |
[특허] [기술이전] |
기술 성과
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세계 최대 규모 플랜트 구축
CO₂ 활용 건식개질 기술을 기반으로 연간 8,000톤 규모의 합성가스를 생산할 수 있는 세계 최대 규모 플랜트 구축
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건식개질용 핵심 촉매 개발
CO₂를 합성가스로 전환하는 건식개질용 핵심 촉매 개발
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장기 내구성 촉매 기술 확보
10,000시간 이상 안정적으로 작동하는 세계 최고 수준의 장기 내구성을 갖춘 개질 촉매 기술 확보
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맞춤형 통합 공정 개발
CO₂ 감축 효과와 에너지 효율을 동시에 향상시키는 맞춤형 통합 공정 개발
기술성과 설명
“세계 최장 수명 기술 확보”
이산화탄소의 활용 비율이 가장 높고, 정유·철강 등 다양한 산업 분야로의 확장이 용이한 CO₂ 건식개질 기술은 현재 전 세계적인 탄소중립 선언과 탄소국경조정세 추진 가속화 상황에서 각국이 최우선 확보를 추진하는 ‘꿈의 기술’로 주목받고 있다.
본 기술은 전 세계적으로 극복하지 못했던 탄소침적 영역을 넘어 건식개질 분야에서 전례 없는 영역에 도달하였으며, 특히 실험실 수준이 아닌 실증 단계에서도 높은 성능을 입증하여 조기 상용화가 기대된다.
또한, 기존 스팀개질 대비 온실가스 감축량 측면에서 뚜렷한 우위를 확보하였다.
즉, 일산화탄소(CO) 1톤 생산 시 약 1톤의 온실가스를 감축할 수 있는 효과를 달성하였다.
본 기술은 산업 부산물인 CO₂를 원료로 활용하여 플랫폼 화합물인 합성가스를 제조하는 탄소중립형 건식개질 기술로, 기존 기술의 한계였던 탄소침적 및 촉매 비활성화 문제를 완전히 극복하였다.
그 결과, 10,000시간 이상 지속 가능한 장기 내구성 촉매 기술을 확보하였다.
울산 건식개질 플랜트 전경
더 나아가, 연간 8,000톤의 합성가스 생산능력을 갖춘 세계 최대 규모의 CO₂ 건식개질 데모플랜트를 구축함으로써, 상업적 규모로의 기술 확장 가능성을 입증하였다.
건식개질 공정에 대한 설명 사진
아울러, 본 연구를 통해 국내외 다수의 지식재산권을 확보하였으며, 언론보도 및 방송 인터뷰 등을 통해 기술을 공개함으로써 기술 선점과 상업적 가치 제고를 동시에 실현하였다.
관련항목
- 관련기사
- 특허
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사업화
CO2 기반 CO 전환 촉매 및 활용
2025, (주)부흥산업사
기술 개요
일산화탄소는 탄소와 산소가 각각 한 분자씩 결합된 기체 물질로, 여러 단계의 공정을 거쳐 다양한 화학 원료 및 플라스틱 소재(PU, PC, EVA 등)를 생산할 수 있는 핵심 중간물질이다.
고순도 일산화탄소(시제품)
초산(응용 시작품)
본 과제에서는 CO₂ 활용 건식개질 촉매와 맞춤형 공정을 개발하여, CCU(탄소포집·활용) 제품 제조에 활용 가능한 기초 화학원료인 일산화탄소(CO) 생산 기술을 개발하였다.
CO₂ 포집
포집 CO₂ 활용
CO₂ 저장
Scheme of the catalyst models
and reaction mechanism in the DRM process
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폴리카보네이트 (온실)
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EVA(필름, 위생팩)
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폴리우레탄(자동차 내장재)
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폴리카보네이트 (여행가방)
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EVA(운동화 밑창)
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폴리우레탄 폼(단열재)
- 폴리우레탄 : 약 7조원/년 시장 (자동차 내·외장재 등)
- 폴리카보네이트 : 약 2조원/년 시장 (방음벽, 온실, 여행가방 등)
- EVA(에틸비닐아세테이트) : 약 2.7조원/년 시장 (접착제, 위생필름, 신발 등)
특히 본 기술은 기존 스팀개질 대비 온실가스 배출을 획기적으로 저감할 수 있는 건식개질 기술로, 향후 상용화 추진을 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
우수성 및 차별성
확장이 용이한 기술
CO₂ 건식개질 기술은 이산화탄소 활용 비율이 가장 높고, 정유·철강 등 다양한 산업 분야로의 확장이 용이한 기술이다.
전 세계적인 탄소중립 선언과 탄소국경조정세 추진이 가속화되는 현 시점에서, 각국이 최우선으로 확보를 추진하는 ‘꿈의 기술’로 각광받고 있다.
세계 최장 수명 촉매 기술
기존 기술의 한계였던 탄소 침적 및 촉매 비활성화 문제를 근본적으로 극복하여, CO₂ 건식개질 분야에서 전례 없는 장기 수명 영역(현재 10,000시간 이상 성능 유지)에 도달하였다.
또한 분리·정제 공정을 포함한 맞춤형 통합 공정을 개발하여 플랜트 설계에 직접 적용하였고, 실험실 수준을 넘어 실증(파일럿) 단계에서도 높은 성능을 입증하여 조기 상용화 가능성이 매우 높은 기술로 평가받고 있다.
온실가스 감축 효과 및 플랜트 실증
일산화탄소(CO) 1톤 생산 시 약 1톤의 온실가스를 감축할 수 있는 효과를 달성하는 등 기존 스팀개질 대비 온실가스 감축량 측면에서 뚜렷한 우위를 확보하였다.
현재 파일럿 기준 1년 이상의 수명을 확보한 촉매 기술을 바탕으로, 연간 8,000톤의 합성가스를 생산할 수 있는 세계 최대 규모 CO₂ 건식개질 데모플랜트를 구축하여 상업적 규모로의 기술 확장 가능성을 입증하고 세계 최고 수준의 기술 실증을 완료하였다.
아울러 국내외 다수의 지식재산권을 확보하고, 언론 보도 및 방송 인터뷰 등을 통해 기술을 공개함으로써 기술 선점과 상업적 가치 제고를 동시에 실현하였다.
성과의 활용 및 파급효과
본 연구에서 개발된 CCU(Carbon Capture & Utilization) 기술은 기존 석유·정유·제철·정밀화학·수소산업 등 다양한 산업 분야의 한계를 보완할 수 있는 핵심 기술로, 특히 건식개질 분야에서 세계적 선도국으로 도약할 수 있는 기반을 마련하였다.
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CCU 기술별 제품 1톤 당 단위 감축량 추정(단위 : tCO2eq/tonne)
베이스라인 기간 제품 공정대체효과 탄소중립 효과 제품 한 단위당 감축량 비고 기존공정 감축효과 침감성 탄산칼슘 0.214 0.166 0.440 0.606 - 중조 0 -0.104 0.440 0.336 - 건설용 탄산칼슘 0.829 0.808 0.191 0.999 비산회 내 CaO 함량 30% 가정 에틸렌카보네이트 - -0.015 0 0.015 - - -0.015 0.187 0.202 탄소저장효과 가정 개미산 0 -0.172 0.406 0.234 태양광+스팀 0 -0.1 0.406 0.306 태양광 공급 0 -3.83 0.406 -3.424 계동전력+스팀 일산화탄소 0.641 0.256 0.797 1.053 - 메탄 0 -4.769 2.744 -2.025 수증기 개질 수소 0 -0.302 2.744 2442 재생에너지 수소 0 -12.046 2.744 -9.302 계동전력 수소 메탄올 0 -2.327 1.374 -0.953 수증기 개질 수소 0 -0.509 1.374 0.865 재생에너지 수소 0 -5.288 1.374 -3.914 계동전력 수소 미세조류 0 -0.473 1.482 1.009 - -
CO 1톤 당 감축효과 (tCO2eq.)
보고기간 공정대체효과 배출회피 효과 제품 한 단위 당 감축량 기존공정 CCU 감축효과 포집 제조공정 0.641 0.08768 0.29733 0.256 0.797 1.053
출처: 국무조정실 국무총리비서실 | 국내외 환경변화에 따른 CCS정책 추진계획 수립 연구(2018)
본 연구에서 개발된 CCU(Carbon Capture & Utilization) 기술은 기존 석유·정유·제철·정밀화학·수소산업 등 다양한 산업 분야의 한계를 보완할 수 있는 핵심 기술로, 특히 건식개질 분야에서 세계적 선도국으로 도약할 수 있는 기반을 마련하였다.
해당 기술은 온실가스 감축 효과가 매우 뛰어나며, 특히 일산화탄소(CO)의 경우 신재생에너지 연계 없이도 직접적인 감축 효과를 구현할 수 있는 기술로 평가된다.
세계 일산화탄소 시장 규모는 2022년 32억 6천만 달러에서 2023년 33억 6천만 달러로 성장하였으며, 2030년에는 약 45억 3천만 달러 규모로 확대될 것으로 전망된다. 이는 예측 기간 동안 연평균 성장률(CAGR) 약 4.4%에 해당하는 수준으로, CO₂ 건식개질 기술의 산업적 확장성과 경제적 파급효과가 매우 크다는 점을 보여준다.
또한 확장성이 뛰어난 CO₂ 기반 온실가스 저감형 건식개질 기술을 통해 국가 온실가스 감축목표(NDC)에 능동적으로 대응할 수 있으며, 해외 플랜트 수출 및 글로벌 탄소중립 산업 진출도 가능하다.
결론적으로, 석유 유래 일산화탄소를 CO₂로부터 제조하여 대체할 경우, 고유가 시대 화학산업의 안정화와 경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 기대된다.
연구개발효과
감축목표 달성 기여
탄소국경조정세 시행과 국가 온실가스 감축목표(NDC) 달성이 본격화되는 국내외 환경 속에서, 본 기술은 기존 산업 공정을 대폭 변경하지 않고도 효과적으로 적용 가능한 탄소감축형 기술로서 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
투자효율화 측면
석유화학산업 공정의 일부를 CCU 기술로 대체하면서도, 이미 시장이 형성된 기존 제품을 그대로 생산할 수 있다는 점에서 높은 투자 효율성을 지닌다. 이를 계기로 우리나라가 탄소중립 관련 산업에서 경쟁력을 확보하는 데 크게 기여할 것으로 기대된다.
제품 시장 진입
CO₂ 기반 합성가스를 활용한 제품 제조 기술을 통해 기존 석유화학제품을 CCU 기반 제품으로 전환할 수 있으며, 국제 합성가스 시장은 2014년 이후 지속적인 성장세를 보이고 있다. 이에 따라 합성가스의 활용 범위도 더욱 확대될 전망이다.
대표적인 적용 분야로는 폴리우레탄(PU) 시장 약 7조 원/년, 에틸비닐아세테이트(EVA) 시장 약 2.7조 원/년, 폴리카보네이트(PC) 시장 약 2조 원/년 규모 등 다양한 고부가가치 제품군으로의 시장 진입이 가능하다.
또한 본 기술은 SMR 공정에서 수소 생산 시 발생하는 CO₂ 처리 문제를 효과적으로 해결할 수 있어, 수소경제 사회로의 전환을 가속화하고 타 산업과의 융합을 통해 시너지 효과를 극대화할 수 있는 잠재력을 지니고 있다.
출처: Global One-stop Reports Center 보고서
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