광물탄산화를 통한 CO₂ 포집·저장 에너지 효율 분석

초록

본 논문은 1 GW 규모 석탄 및 천연가스 발전소에서 광물탄산화 방식으로 CO₂를 포집·저장할 때 소요되는 에너지 소비를 정량적으로 평가한다. 포집 과정에서 발생하는 추가 전력 요구가 전체 탄소 감축 효과를 크게 저해한다는 결론에 도달했으며, 현 단계의 기술로는 목표 감축량 달성이 어렵다고 판단한다.

상세 분석

본 연구는 석탄 화력과 천연가스 화력 각각 1 GW 용량을 기준으로, 광물탄산화 공정에 필요한 열·전기 에너지량을 상세히 모델링하였다. 먼저, 기존 포집 기술인 후연소, 전연소, 옥시연소의 에너지 요구량을 문헌값으로 설정하고, 이를 기반으로 포집된 CO₂를 마그네슘·칼슘 실리케이트와 반응시켜 탄산염으로 전환하는 단계별 에너지 흐름을 계산하였다. 열에너지의 경우, 반응 온도 200 °C 이상을 유지하기 위해 필요한 증기 발생량을 추정했으며, 전기에너지는 압축·펌핑·분쇄 과정에 소모되는 전력량을 포함하였다. 석탄 발전소는 연료당 CO₂ 배출량이 높아 포집량이 크지만, 동시에 전력 생산 효율이 낮아 추가 전력 공급이 크게 필요하다. 반면 천연가스 발전소는 배출량이 적고 효율이 높아 상대적으로 에너지 페널티가 작지만, 전체 포집량 자체가 제한적이다. 결과적으로 두 경우 모두 광물탄산화에 투입되는 총 에너지가 원발전소의 연료 에너지 대비 30 % 이상을 차지함을 확인하였다. 이러한 높은 에너지 부하가 추가 CO₂ 배출을 유발해 순 감축량을 감소시키며, 현재 기술 수준에서는 경제적·환경적 타당성이 부족함을 시사한다.