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중소기업 기술로드맵 조회결과

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제조업 부생가스 재활용
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

제조업 부생가스 재활용 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 화력발전소 또는 일반 산업체에서 배출되는 CO2를 고농도로 포집한 후 산업적인 용도로 이용하거나, 지중이나 해저에 주입하여 대기로부터 격리하는 기술
  • 범위 : 분리방법을 통한 CO2 포집, 포집된 CO2의 산업 목적으로의 이용, 포집 CO2의 압축, 수송 및 저장 기술을 포함
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

제품분류 관점 기술범위
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
CCUS 포집기술

연소후 습식/건식 포집 기술

소재, 공정, 설계기술, 운영기술 등

연소전, 연소중 (순산소 및 매체순환연소) 포집기술

소재, 공정, 설계기술, 운영기술 등

분리막 (금속, 공중사막, 고분자, 나노소재 코팅 등)

분리막 소재 및 모듈, 시스템, 운영기술 등

혁신 비용 저감 기술 (이온 액체 흡수법, MOF 기반 흡착법 등)

원천 소재 및 공정 개발

압축·정제·수송

압축 및 정제 기술, 파이프라인 설계기술, 수송선 건조 기술 등

이용기술

화학적 전환: 주로 공정촉매 및 광전기화학촉매 방식 등을 통해 CO2를 자원화하는 기술로 CO2를 저감하는 동시에 다양한 고부가 화합물로 전환하여 제품화가 가능함

생물학적 전환: 효소 또는 광전기 공정에 식물모방 (인공) 광합성 등을 이용하여 CO2를 바이오 자원화하는 기술임

비전환 : 포집한 CO2를 별도의 전환없이 그대로 활용하는 기술로, CO2 가스 판매, 용접가스 활용, 농작물 주입 등으로 이용이 가능함

저장기술

저장소 탐사기술, 저장소 주입기술, 저장소 운영기술, 지구물리 모니터링, 수리지화학 모니터링, CO2 저장소 통합 관리 (모니터링, 측정, 입증 등)

[ 공급망 관점 기술범위 ]

공급망 관점 기술범위
기술개발 테마공급망 관점세부기술
광물화 칼슘과 마그네슘 광물화
  • CO2가 광물 또는 산업폐기물과 반응하여 얻어진 생성물은 소비재로써 건축재료로 사용
중소다 또는 베이킹 소다
  • CO2가 나트륨과 반응하여 얻어진 중소다 (NaHCO3) 또는 베이킹 소다(Na2CO3)
콘크리트 양생
  • 폐기물 CO2 배가스 기류를 기성(Precast) 콘크리트 양생에 사용, 이때 CO2는 콘크리트 내부에 미반응성 석회석 (CaCO3)으로 저장됨
화학적 전환 폴리머-화학원료
  • 아민계 등의 촉매를 사용하여 CO2를 직접 폴리카보네이트 (poly-carbonate)로 전환하거나, 폴리카보네이트의 원료물질인 알킬렌 카보네이트 (alkylene carbonate)로 전환
메탄올
  • CO2와 수소가 촉매반응으로 메탄올로 전환
개미산
  • 전기화학적으로 CO2를 개미산으로 전환
생물학적 전환 미세조류 배양
  • 미세조류는 CO2를 흡수하여 단백질, 비료, 바이오디젤용 바이오매쓰로 전환됨
비전환 원유회수 증진 (CO2-EOR)
  • CO2를 폐유전이나 기존 유전에 주입하여 원유의 압력을 증가시키고, 점도를 낮춰서 추가로 원유 회수가 가능함
석탄층 메탄회수 증진 (ECBM)
  • CO2를 석탄박층에 주입하면 석탄이 이를 흡수하여 메탄을 방출하게 됨. 메탄을 포집 및 회수하여 연료 등으로 활용이 가능함
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장

각국이 온실가스 감축목표를 충실히 이행할 경우, ‘30년 온실가스의 배출량 규모는 전 세계 56,700 Mt, 한국 851 Mt이 될 것으로 추정됨36)

CCU 기술을 이용한 세계 온실가스 감축 효과는 연간 3,700 Mt으로 추정되며, 이는 전 세계 온실가스 배출량의 10%에 이름

CCUS 기술시장은 전 세계적으로 시장이 형성되는 단계로써, CO2 배출권 시장의 확대와 더불어 CCUS 기술시장도 성장이 지속될 것으로 전망됨

  • CO2 배출권시장은 교토의정서 발효 이후 급격하게 성장하여 ‘14년 65억 달러로 추정되며, ’22년에는 230억달러 규모의 거대한 세계시장을 형성할 것으로 예상됨37)
  • IEA/OECD 및 EU, 미국 등은 ‘20년 CCUS 시장이 본격 확대될 것으로 전망하고 있음
유럽연합으로 시작된 배출권 거래제가 현재 총 39국으로 확대되었으며, 한국은 ‘15년 1월 배출권거래제를 정식으로 시작하였음

CCS 기술 관련 세계시장 규모는 ‘16년 약 6,117억 달러에서 ’21년 약 18,968억 달러 규모로 증가할 것으로 예측

[ CCS 관련 누적 세계 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 억 달러, %)

CCS 관련 누적 세계 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 6,117 7,671 9,619 12,062 15,126 18,968 25.4

* 출처 : BCC Research, Carbon Capture&Storage Technologies(2011.1)인용 재구성

[ 저탄소 기술의 CO2 저감비용(ETP, 2012) / 기술별 CO2 감축률(IEA , 2014) ]

저탄소 기술의 CO2 저감비용(ETP, 2012) / 기술별 CO2 감축률(IEA , 2014)

[ 배출권 거래 제도 시행 국가 ]

배출권 거래 제도 시행 국가

나. 국내시장

CCS 기술 국내시장 규모는 ‘16년에 8.24조 원에서 연평균 14.7% 성장하여 ’21년에는 16.35조 원이 될 것으로 전망됨

[ CCS 관련 누적 국내 시장 규모 전망 ]

(단위 : 조 원, %)

CCS 관련 누적 국내 시장 규모 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 8.24 9.45 10.83 12.43 14.25 16.35 14.7

* 출처 : 독일 IWR(2009)에 따른 2008년 한국의 배출량 비중 2.1%(한국 6.64억 톤/전 세계 315억 톤)를 2009년 시장 점유율에 적용함. 또 IEA(2009)에 따른 2001~2007년 CO2배출량 연평균 증가율에 있어 한국/전 세계 상대비율 0.58(한국1.8/전 세계 3.1)을 2009~2014년에 적용하면 국내시장 연평균 성장률은 14.7%(25.4X0.58)가 됨. 환율 1,200원 달러 적용함

국내 CO2 배출량은 연평균 1.33% 증가하여 ‘20년 782백만톤, ‘30년 851만톤에 이를 것으로 예상되며, 부문별로는 발전에너지분야에서 CO2 배출량이 가장 높은 실정임

파리 COP21 협약 2030 국내 온실가스 감축 목표 : 총 감축목표 37% (예상량 8.51억톤, 목표량 5.35억 톤, 감축량 3.16억톤)

[ 국내 CO2 배출량 전망 ]

국내 CO2 배출량 전망

[ 국내 부문별 CO2 배출량 현황, ‘12년 기준 ]

국내 부문별 CO2 배출량 현황, ‘12년 기준

4.기술분석
가. 기술환경 분석

해외 연구 개발 동향

  • (포집) 현재 운영중인 CO2 포집·저장 대형 통합 프로젝트는 미국, 캐나다, 브라질, 유럽 등에서 총 13개 실증단계 진행 중으로 주로 원유 회수 목적 및 지중 CO2 저장 방식임
  • (전환) 미국, 독일, 호주 등은 이미 CO2 전환 기술의 연구개발에 많은 투자를 해오고 있음. 특히, 독일은 이 분야에서 상당히 앞서나가고 있으며, 현재 연방자금이 CO2 저장 (Carbon Capture and Storage, CCS)에서 CO2 전환 (Carbon Capture and Utilization, CCU)로 이동하고 있는 추세임

[ CCS 기술단계별 상용화 수준 ]

CCS 기술단계별 상용화 수준
구분상용화 수준관련기업
CO2 포집 기술 연소 전·후 포집 기술은 기술실증 완료, 2020년 상용화 예상 MHI(일), Linde(미), Praxair(미), Carbozyme(미), UOP(미), Alstom(미), Powerspan(미), APC(미), HTC(캐), Cansolv(캐), E.ON(영), Siemens(독), 두산중공업(한국)
CO2 수송 기술 파이프라인 수송은 시장 보급기, 수송선 수송은 시장 진입기 Kinder Morgan(미), Anthony Veder(네)
CO2 저장 기술 유전(EOR), 가스전 (EGR), 대염수층 저장은 기술실증 완료, 시장진입기 StatoilHydro(노르웨이), EnCana(캐), MHI(일), ENI(이탈리아)

* 출처 : 이산화탄소 포집·저장 ‘대규모 통합실증기술과 경제성 확보가 상용화의 관건‘ KISTI MARKET REPORT, 2011

국내 수도권 대기오염도는 선진국 주요 도시의 2∼4배 높은 수준으로 수도권 대기질 개선을 위해 환경부는 2003년 「수도권 대기환경개선에 관한 특별법」을 공포하고 2007년부터 수도권에 소재한 주요 사업장에 대하여 황산화물 및 질소산화물, 먼지의 배출허용총량제도 실시

  • (포집) 한국전력공사 등은 화력발전소의 CO2 포집에 필요한 연소후 습식 및 건식 실증 추진 중
  • 포항산업과학기술원 등은 암모니아수를 이용한 제철산업 등의 CO2 포집을 목적으로 1,000 Nm3/h (화력발전 기준 0.5 MW) 기술 개발 완료(2014)
  • 한국에너지 연구원 등은 탄산칼륨용액 기반의 연구실 규모(100 Nm3/h) 연소후 CO2 포집기술 개발을 완료하고 성신양회 등과 협력하여 2018년까지 1,000 Nm3/h (화력발전 기준 0.5 MW) 활용 연계 포집 기술 개발을 목표로 2015년 말 착수 수행 중
  • 한국전력공사 등은 기존 연소 후 포집기술 대비 포집비용 저감 잠재력이 크다고 알려진 연소전 CO2 포집 기술 개발을 통해 1 MW급 고온정제 및 0.1 MW급 고온 CO2 분리 기술개발 완료(2015. 09)
  • 한국에너지기술연구원 등은 연소전 CO2 포집 등에 활용 가능한 막분리 소재 및 공정 개발
  • (전환) CO2 활용기술은 저장기술에서 요구되는 대규모 저장소가 필요하지 않고 활용을 통해 경제적 편익이 발생하므로 국내에서 다양한 규모의 사업화 노력이 진행 중
  • (전환) 국내 이산화탄소 전환분야는 전기화학, 광물화, 고분자, 생물전환 등 미래부 추진 기초 원천연구가 중점적으로 진행 중이며, 산업부 및 기업을 중심으로 고분자 및 연료 생산관련 실증 연구 추진 중 기술 기간 연구비(억원) 연구목표/추진 현황
5. 핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 대기오염 물질처리 소재 및 공정 핵심요소기술 선정 ]

대기오염 물질처리 소재 및 공정 핵심요소기술 선정
분류핵심요소기술키워드
저비용 CO2 포집 습식 및 건식 흡수 기술 실증 습식법은 아민계열 액체 흡수제를 이용하여 CO2를 포집하는 방법, 건식법은 제올라이트 등 고체 흡수제를 이용하여 CO2를 포집하는 방법
연소전 고체 CO2 흡수 및 분리막 기술 실증 연소전 고체 CO2 흡수기술은 화석연료를 개질하여 발생되는 수소와 CO2로 구성된 가스 중 CO2를 포집하는 기술이며, 분리막 기술은 주로 고분자 분리막 소재 및 모듈 개발을 통해 연소배가스 등 CO2 포함가스 중 CO2의 선택적 분리 및 회수를 목적으로 함
압축, 정제, 수송 압축 및 정제 기술 CO2 포집이후 정제 및 압축을 통해 수송이나 저장에 용이하도록 부피를 저감하는 기술
파이프 라인 설계 기술 압축된 CO2를 저장 및 활용하기 위한 곳까지 파이프라인으로 수송하는 기술로, 수송거리가 약 1,000km 이내에 단거리 수송에 주로 사용됨
수송선 건조 기술 압축된 CO2를 저장 및 활용하기 위한 곳까지 선박으로 수송하는 기술로, 수송거리가 1,000km 이상 장거리 수송에 주로 사용됨
CO2 이용 및 전환 화학적 전환 및 이용기술 화학적 전환은 주로 공정촉매 및 (광)전기화학촉매, 광물 화학반응 등을 통해 CO2를 자원화하는 기술
생물학적 전환 기술 생물학적 전환은 효소 또는 식물의 (인공)광합성을 이용하여 CO₂를 미세조류 등 바이오 자원화하는 기술
전환기술 실증 pilot-scale 이상 대규모 화학적 또는 생물학적 전환 공정 연구