과기정통부, 도전적 연구개발로 기후위기 벽을 넘는다.

- ① 공기 중의 이산화탄소를 직접 포집‧활용하는 기술, ② 디지털 기술로 이상기후를 모사하여 피해를 줄이는 기술을 개발 -  - 2개 신규사업에 총 544.6억원 지원 예정 -

  

  과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’, 장관 이종호)는 과학기술을 활용하여 기후난제를 해결하기 위해 3월 13일(월)부터 2023년 기후·환경 분야 신규사업(2개 사업, 3개 과제)을 공고한다고 밝혔다.

 

  기후위기는 21세기 인류가 직면한 최대난제 중 하나로 과기정통부는 과학기술 혁신을 통해 기후위기를 극복하고 지속가능한 미래를 만들기 위해  도전적 연구개발 과제를 계획하여 전략적으로 지원할 계획이다.

 

 

① DACU 원천기술개발(2개 과제, ’23~’25년, 197억원)

 

  DACU 원천기술개발 사업은 공기 중 이산화탄소를 직접 포집하는 기술을 개발하기 위한 사업이다. 공기 중 직접포집(DAC, Direct Air Capture) 기술은 이산화탄소 포집·활용(CCU, Carbon Capture & Utilization)의 세부 기술 중 하나로 전 세계적으로 초기단계의 기술이지만, 2050 탄소중립을 달성하는 데 있어 핵심적인 역할을 담당할 것으로 기대되는 탄소중립 유망기술이다.

 

  온실가스 감축을 위해서는 저탄소 재생에너지 중심의 에너지 전략을 강화하는 것이 필요하지만, 저탄소 재생에너지로의 완전한 전환까지 상당 수준의 시간과 재원이 소요되는 만큼, 배출된 이산화탄소를 처리·활용하는 CCU 기술이 에너지 전환 과정에서의 가교 기술로 주목받고 있다.

  

    * 국제에너지기구(IEA)도 2070년 전세계 총 CO2 감축량의 15% 수준(연간 100억톤 CO2를 포집·처리)을 CCUS 기술이 담당할 것으로 예상(‘20.9)

 

 

  과기정통부는 그간 CCU 기술에 대한 기업참여를 촉진하고 전략적 투자를 뒷받침하기 위해 중장기 R&D 전략인 「이산화탄소 포집·활용 기술혁신 로드맵」을 마련(관계부처 합동, ’21.6)하였으며, 연구개발 사업을 통해 CCU 원천기술을 확보하였다.

 

< 주요 연구개발 성과 >

 

 

주요 성과				0.5MW급 에너지교환형 건식 CO2 포집 플랜트
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					ㅇ (주요내용) 대구 열병합석탄화력발전소 대상 0.5MW급(10톤/일) 에너지 교환형 건식 기반(아민-실리카 고체 흡수 소재) CO2 포집 실증설비 1,000 시간 연속 운전 성공(‘22.8)      - 공정운전 및 설계기술을 관련 기업에 기술 이전하였으며, 후속 연계를 위한 국제협력연구(유럽Sintef/Total社) 추진 중       * 주관기관인 한국화학연구원은 개발된 공정 기술(에너지 교환형 유동층 기반 CO2 포집) 실증결과를 E社에 기술이전(23.2, 1억원)
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주요 성과				부생가스 이용 CO2 전환촉매 및 공정 개발
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					ㅇ (주요내용) 선진국(미국) 대비 CO 생성량과 CO2 분해량이 2배 이상 향상된 고기능성 신규 촉매와 기존 국내외 연구대비 10배 이상 격상된 CO2 to CO 전환공정 개발       - 세계 최초로 제철산업에서 발생한 COG(고로가스)를 이용하여 CO 생산*에 성공        * 에너지연구원에서 당진 현대제철의 가스를 공급받아 CO2 to CO 전환용 고효율 촉매를 사용하여 생산(2Nm3/hr의 Mini-Pilot 규모)
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  한편, DAC 기술은 2050 탄소중립 실현을 위한 핵심수단임에도 CCU 기술 중 상대적으로 기술적 난이도와 불확실성이 높아 민간의 연구개발 참여를 촉진하고자 본 사업을 기획하게 되었다.

 

  본 사업은 ①공기 중 직접포집(DAC) 원천기술 및 실증 기반기술 개발, ②공기 중 이산화탄소 동시 포집·전환(RCC*) 원천기술개발 두 과제로 구성되어있으며, 3년간(’23~’25) 총 197억원의 연구개발비를 지원할 예정이다.

  

    * Reactive Capture and Conversion : 포집된 이산화탄소를 탈착, 분리, 압축공정 없이 유용물질(합성가스, 유기화합물 등)로 전환하는 기술

 

  

< 연구개발 최종목표(안) >

 

 

과제 명	최종목표
직접공기포집(DAC) 원천기술 및 실증 기반기술 개발	- DAC 적용을 위한 혁신 소재 성능 최적화    ∙ 저차압・고효율 DAC 공정 적용을 위한 수백 kg 규모의 포집 소재 대량 성형기술 확보 및 기술 최적화    ∙ 1,000 CMH급 저차압・고효율 DAC 프로토타입 구축 및 연속운전을 통한 대량성형소재 성능 평가         * CO2 포집량 ≧ 10 kg/day 대량성형 소재의 포집성능 ≧ 0.03 g-CO2/g-sorbent, 대기압과 공정의 차압 ≦ 900 Pa, 재생열에너지 ≦ 5.0 GJ/tCO2   ∙ DAC 규모 격상 목표 설정 및 설계안 제시
공기 중 이산화탄소 동시 포집·전환 기술(RCC) 원천기술 개발	- 유기화합물(포메이트, 아마이드 등) 제조를 위한 흡수 열화학 RCC의  동시 흡수·반응 시스템 원천 기술 확보   - 합성가스 제조를 위한 전기화학 RCC의 동시 흡수·전해 시스템 원천  기술 확보   - 메탄 및 일산화탄소제조를 위한 흡착 열화학 RCC의 동시 흡착·반응  시스템 원천 기술 확보   - 1종 이상 RCC 프로토타입 검증 (50 Nm3/일 이상 공기처리규모)

 

 

② 디지털기반 기후변화 예측 및 피해 최소화(통합과제 1개,  ’23~’26년, 347.6억원)

 

  디지털기반 기후변화 예측 및 피해최소화 사업은 디지털 기술을 활용하여 폭우, 가뭄, 한파 등 이상기후가 도시에 미치는 영향을 예측하고, 이상기후로 인한 피해와 손실을 최소화하는 기술을 개발하는 사업이다.

 

  IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 기후변화에 관한 정부간 합의체) 제6차 평가보고서(AR6)의 제1실무그룹(WG1) 보고서에 따르면 지구 평균기온이 1°C 상승할 때마다 산업화 시기(1850~1900년)에 약 50년에 한 번 발생할 만한 기상이변이 4.8배 더 빈번하게 발생하며, 이러한 빈도는 기하급수적으로 증가할 것으로 예상하고 있다.

 

  급격한 도시화 및 인구 과밀화의 결과, 도시에서의 기후변화 영향 관리의 중요성이 매우 커지고 있지만 이상기후 현상은 기후변화에 내재한 고도의 복잡성으로 인해 그로 인한 영향을 사전에 예측하여 대응하는 것이 매우 힘든 상황이다.

 

  그 동안 개별 연구개발 과제를 통해 기후변화 영향을 예측하고, 피해를 최소화하려는 시도는 있었지만, ‘피해 사전예측-저감기술 개발-모사 시스템을 활용한 효과 검증’으로 이어지는 전주기적 접근은 없었다.

 

  본 사업은 이러한 한계를 극복하고자, ①디지털 트윈 기반 도시 기후변화 영향 감시 및 피해감지 기술, ②도시 기후변화 영향 피해완충 기능성 소재 및 능동이용 시스템 개발, ③도시 기후변화 영향 실험모사(U-Ecotron*) 기술 등 기후변화 적응을 위한 전주기적인 기술개발 과제를 하나의 프로젝트 형태로 기획하여, 4년간(’23~’26) 총 347억원의 연구개발비를 지원할 예정이다.

 

    * 다양한 환경에 존재하는 프로세스를 측정할 수 있는 도시 실험모사 시스템으로, 프랑스를 중심으로 활발하게 연구되고 있음

 

< 연구개발 최종목표(안) >

 

 

과제 명	최종목표
디지털 기반 기후변화 예측 및 피해 최소화	- 물리-가상센서 융합 디지털 트윈 기후변화 피해 감시·예측 실증   - 실험모사 시스템과 디지털 트윈을 활용한 피해 완충 소재 및 능동 이용 시스템 성능 최종 검증 및 효과 예측   - 실험모사 시스템 정확도 향상 및 국내 표준화 전략 마련   - 기후변화 적응 중점 기술분야 발굴 및 R&D 방향성 제시

 

  두 사업(DACU 원천기술개발, 디지털기반 기후변화 예측 및 피해 최소화)의 공고문은 3월 13일(월) 사업 전담기관인 한국연구재단 누리집(www.nrf.re.kr)에 공고될 예정이며, 자세한 내용 및 지원요건, 접수기간 등은 사업별 공모 안내서를 통해 확인할 수 있다. 참여를 원하는 연구기관 및 기업은 사업별 공모 안내서의 내용을 숙지해야 한다.

 

  과기정통부 구혁채 기초원천연구정책관은 “탄소중립 실현과 기후위기 대응을 위해서는 기존에 없던 새로운 기술을 개발하여 산업과 현장에 적용하는 것이 필수적이며, 과기정통부는 2030년, 2050년을 목표로 하여 파급력이 높은 핵심기술 확보를 위해 도전적인 R&D를 지속적으로 지원해 나가겠다”라고 밝혔다.

 

기관	한국연구재단	책임자	단장	조준식	(nrf_energy@nrf.re.kr)
	에너지·환경단	담당자	연구원	허혜지	(042-869-6463)

 

 

붙임1

DACU 원천기술 개발사업 개요

 

□ 사업 개요

 

 ○ (추진배경) 탄소중립 2050 시나리오(B안)에 따르면 DAC* 기술로 7.4백만톤 규모의 이산화탄소를 포집하는 것을 목표로 설정

 

     * 직접공기포집: 주변 공기에서 CO2를 물리적 또는 화학적으로 분리하여 공기 중 CO2 농도를 낮추는 탄소 네거티브 기술

 

   - DAC는 혁신적인 탄소 네거티브 기술로 기술 성숙도가 매우 낮아 민간(기업)에서는 정부 주도의 원천기술 개발을 건의

 

 ○ (목적) 탄소 배출원에 제약이 없는 분산형 직접공기포집 및 전환 원천기술 개발, 단위모듈 실증 기술개발

 

 ○ (기간/총사업비) ‘23 ~ ’25(3년) / 196.8억원(‘23년안 58.8억원)

  

□ 주요 내용

 

 ① (직접공기포집(DAC) 원천기술 및 실증 기반기술 개발) 공기 중 400ppm 수준의 희박 농도 조건에서 CO2를 효과적으로 포집하는 혁신소재를 개발하고 흡착 효율을 극대화하는 공정적용 기술 개발

   

 ② (공기 중 이산화탄소 동시 포집전환(RCC*) 원천기술 개발) 직접 공기 포집된 저농도 이산화탄소를 유용화합물(메탄, 연료전구체 등)로 동시에 전환하기 위한 기술성숙도 제고

 

     * RCC : 저농도 이산화탄소를 포집한 포집체-이산화탄소를 탈착 없이 열화학적 혹은 전기화학적인 방법으로 직접 전환하는 기술

 

□ 기대 효과

 

 ○ 대규모 탄소 배출원의 낮은 CCUS 기술 수용성 한계를 극복하고, 소형화/모듈화된 분산형 공정을 통해 CO2 감축에 기여

 

 

붙임2

디지털기반 기후변화 예측 및 피해 최소화사업 개요

 

□ 사업 개요

 

 ○ (목적) 기후변화로 인한 손실과 피해에 선제적·능동적으로 대응하는 원천기술을 확보하여, 기후변화로부터의 피해와 손실을 최소화하고 기후산업 생태계 마련

 

   - 기후피해에 대한 감시, 예측, 완충, 이용, 모사, 실험적 평가 등 기후변화 예측 및 피해 전(全) 과정에 대한 핵심 원천기술개발

 

 ○ (기간 / 총사업비) ’23 ~ ’26(4년) / 총 347.6억원(정부출연금)

 

□ 주요 내용

 

 ➊ (기후영향 예측) 디지털 기술을 통한 가상의 도시 기후영향평가모델을 개발하고, 초정밀 예측기술 개발

 

    ※ 디지털 트윈 연계형 물리-가상 센서 네트워크 통합 플랫폼 구축, 도시 단위의 기후영향 상세 모사 디지털 트윈을 구축하여 기후변화에 따른 도시피해·영향 예측

 

 ➋ (소재 개발) 기후변화 기인하여 도시의 열섬*, 물순환** 문제를 해결하기 위한 도시·인프라의 소재 개발 및 자연기반 해법*** 기술개발

 

    * (예) 건축물의 열 피해 저감을 위한 기능성 완충 소재, 단열재 성능개선기술 등

   ** (예) 다매체 수질 오염물질 흡수 및 제거 소재, 투수성 제고 아스팔트 등

  *** 자연기반해법(Nature-Based Solution) : 개발로 인한 변화를 개발 이전에 최대한 가깝게 유지하도록 녹지공간 연결, 빗물 저장시설 등 자연친화적인 토지이용 계획 및 도시 개발 기법

 

 ➌ (U-에코트론) 가상의 기후영향 평가모델 및 소재의 효과성을 측정·분석, 평가 하기 위한 도시모사 시스템 구축 및 방법론 개발

 

 

 

참고

CCU 기술 세부 내용

 

１ 탄소 포집(Capture)

 

 ○ 발전 및 산업공정 등에서 발생하는 CO2에 대해 포집원별 최적의 기술을 적용하여 효과적으로 포집·처리하는 기술

 

세부기술	기술개요
습식 포집	◾액상흡수제(아민계, 암모니아, 탄산칼륨 등)을 이용하여 CO2를 분리 하는 기술 ◾(장점) 오랜기간 상업 운전으로 신뢰도가 높고, 낮은 투자비와 대용량화 가능 ◾(단점) 흡수제 재생을 위한 에너지 소모가 막대(전체 포집 에너지의 50% 소모, 아민계 흡수제의 휘발 및 부식성, 열화 등
건식 포집	◾고체흡수제(알칼리 금속류, 고체 아민 흡수제 등)의 유동을 통한 CO2를 분리 하는 기술 ◾(장점) 습식 포집 기술과 비교하여 폐수 발생, 부식, 휘발 문제가 없음 ◾(단점) 높은 재생열 등 에너지 소비와 운영비가 높고, 설비 막힘, 고체 흡수제의 마모, 생산된 CO2의 고순도화 등 등 공정 운영의 해결 난제가 있음
분리막	◾CO2를 선택적으로 투과하는 분리막(고분자 분리막, 무기 분리막 등)을 활용 ◾(장점) 낮은 에너지 소모에 따른 낮은 운영비, 소규모 설비 구축 가능(소요면적 작음) ◾(단점) 높은 초기 투자비(낮은 농도의 CO2 배가스 포집시 높은 에너지비용), 낮은 선택성 등
기타	◾(매체순환) 연료 연소과정에서 공기 대신 공기 중 산소를 분리하여 사용하거나 산소를 주고받는 매체를 이용하여 별도의 분리설비 없이 고농도의 CO2를 원천 분리하여 배출하는 기술 ◾(직접공기포집, Direct Air Capture, DAC) CO2 포집 후에 배출되는 가스나 공기 중처럼 저농도의 CO2 환경 속에서 직접 CO2를 포집하는 기술 ◾(BECCS) 탄소중립 바이오 연료 연소시 배출하는 CO2를 포집하는 기술

 

２ 탄소 활용(Carbon Utilization)

○ 포집된 CO2를 전환하여 경제적 가치를 지닌 제품을 생산하는 기술로, 화학적 전환, 생물학적 전환, 광물탄산화 등으로 분류

 

세부기술	감축방식
화학적 전환	▸CO2를 반응원료로 하는 화학적 촉매반응을 통해 연료(메탄, 합성유) 및 기초화학 제품(메탄올, 올레핀, 합성가스, 카보네이트 등) 등 다양한 탄소화합물로 전환
생물학적 전환	▸미세조류의 광합성 반응을 통해 CO2를 생물 내에 고정하여 미세조류 바이오매스를 생산하고, 이를 바이오연료·소재 등으로 제품화하는 기술
광물탄산화	▸산업부산물(폐콘크리트, 철강슬래그, 석고 등)을 탄산화(+CO2)하여 무기탄산염(탄산칼슘, 탄산마그네슘 등)을 생산, 산업에 활용하는 기술    - ❶탄산화 기반 건설자재·소재화, ❷고순도 무기탄산염(탄산칼슘, 탄산마그네슘) 화학제품 생산, ❸반응경화 시멘트 및 콘크리트 양생 등

< 화학적 전환 기술 개념도 >

 

 

 

< 생물학적 전환 기술 개념도 >

 

 

< 광물탄산화 기술 개념도 >