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- 대기 오염 주범인 소각장 CO2, 고체 자원으로 전환 추진
- 다공성 물질(MOFs) 활용한 혁신적 포집 시스템
- 메탄 분해를 통한 탄소 분말과 친환경 탄산염 생성
- 실제 산업 환경 속 상용화 검증 단계로

쓰레기 소각장 배출 가스, 친환경 고체 자원으로 거듭난다… 독일 연구팀, CO₂ 포집·자원화 파일럿 프로젝트 착수

▲ 에슈바흐에 위치한 열폐기물 처리 및 에너지 생산 시설은 실제 굴뚝에서 배출되는 가스에서 CO₂를 포집하는 장소로 활용될 예정이다. 포집된 가스는 고체 원료로 전환될 것이다. © EEW

쓰레기를 태울 때 발생하는 이산화탄소(CO2)를 대기로 배출하는 대신 고체 원료로 전환하는 혁신적인 연구가 본격 추진된다. 독일 브레이스가우(Breisgau) 지역의 쓰레기 소각 시설에서 실제 배출되는 연도가스를 활용해 CO2를 포집하고 고체 탄소나 탄산염으로 변환하는 실증 프로젝트가 시작됐다.

 

대기 오염 주범인 소각장 CO2, 고체 자원으로 전환 추진

일반 생활 쓰레기를 소각하는 과정에서는 화석 및 생물학적 기원의 이산화탄소가 동시에 발생한다. 기존의 배기가스 정화 과정을 거치더라도 여전히 상당량의 CO₂가 포함되며, 성분이 시시각각 변하는 소각 가스의 특성상 이를 분리·포집하는 과정은 기술적으로 매우 까다롭다. 그동안 포집된 가스는 주로 원거리를 이동해 영구 저장하는 방식을 택해왔다. 그러나 이번에 추진되는 'NECOC 2.0' 연구 프로젝트는 배출 현장에서 곧바로 CO₂를 포집해 고체 제품으로 전환함으로써 추가적인 운송 과정을 최소화하는 방안을 모색한다.

 

다공성 물질(MOFs) 활용한 혁신적 포집 시스템

이번 프로젝트에는 카를스루에 공과대학교(KIT)와 시설 운영사인 에너지 기업 EEW 에너지 프롬 웨이스트(EEW)가 공동으로 참여하며, 에슈바흐(Eschbach)에 위치한 폐기물 에너지 회수 시설(TREA 브레이스가우) 부지에 시범 플랜트가 건설될 예정이다.

 

연구진은 금속 유기 골격체(MOFs, Metal-Organic Frameworks)라는 고도로 다공성인 특수 소재를 활용해 정화된 연기가스에서 하루 최대 1톤의 CO₂를 걸러낼 계획이다. 

 

* 기존 방식과의 차별점: 기존의 아민 세척 방식에 비해 에너지 소모가 적고 부식성 세척액을 사용하지 않는 것이 장점이다.

* 검증 과제: 다만, 실제 산업 현장의 습도와 변화무쌍한 가스 환경 속에서도 이 소재가 성능을 얼마나 오래 유지할지가 핵심 검증 과제다. 연간 약 17만 5천톤의 폐기물을 처리하는 해당 시설의 불규칙한 배출 환경이 최적의 테스트베드가 될 전망이다. 

 

메탄 분해를 통한 탄소 분말과 친환경 탄산염 생성

 

포집된 CO₂는 두 가지 서로 다른 경로를 통해 고체 원료로 변환된다. 

* 고체 탄소 분말 생성: 포집한 CO₂를 수소와 결합해 메탄으로 전환한 뒤, 액체 주석이 담긴 고온 반응기에서 수소와 고체 탄소로 재분해한다. 이때 얻어지는 고체 탄소 분말은 배터리 전극이나 건축 자재의 원료로 사용되어 화석 원료를 대체할 수 있다. 분리된 수소는 다시 메탄화 공정에 재활용된다. 

* 안정적인 탄산염 결합:프라운호퍼 세라믹 기술·시스템 연구소(IKTS)는 산업 및 광산 폐수를 전기화학적으로 처리하는 과정에서 CO₂를 안정한 칼슘 및 마그네슘 탄산염 형태로 고정하는 방식을 연구한다.

 

실제 산업 환경 속 상용화 검증 단계로
 

과거 선행 연구들을 통해 메탄화 공정과 분해 공정을 결합해 고체 탄소 분말을 얻어내는 기술은 이미 실험실 단계에서 검증된 바 있다. 이번 NECOC 2.0 프로젝트는 이러한 기술을 실제 쓰레기 소각장의 배기가스 환경에 적용하고, 포집부터 고체 제품 생산까지의 전 과정을 통합하는 첫 번째 시도다. 독일 연방경제에너지부(BMWE)는 오는 2029년 8월까지 진행되는 이 연구 프로젝트에 약 533만 유로(한화 약 80억)를 지원한다. 연구팀은 에너지 효율성, 필터 내구성, 반응기 기술 및 경제성을 면밀히 검토하여 향후 대규모 상용화의 기반을 다질 계획이다.

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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