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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(6)] 지열로 대기 중 이산화탄소 직접 회수하는 기술 개발

미국 과학자들이 청정 지열에너지를 이용해 대기 중 이산화탄소를 직접 회수하는 획기적인 기술을 개발했다. 지열에너지는 지구 내부의 열을 활용하는 지속 가능한 에너지원 중 하나다. 지구 내부의 열은 주로 지구의 형성 과정에서 발생한 열, 방사성 붕괴로 인해 발생하는 열, 그리고 마그마의 이동 등 지구 내부의 압력으로 인한 열 등이 있다. 26일(현지시간) 싱크 지오에너지에 따르면 오하이오 주립대 연구팀이 개발한 'DACCUS'라는 시스템은 회수를 위한 에너지를 지열로 충당함으로써 깨끗하고 안전하게 공기에서 이산화탄소를 제거할 수 있다고 한다. 연구팀이 수행한 연구에 따르면 직접 공기 CO₂ 포집 기술(DACC)과 CO₂ 플룸 지열을 결합한 시스템을 개발하는 방법을 제안했다. 이들은 CO2 배출량이 거의 없이 대규모 CO2 제거가 가능한 기후 친화적인 직접 공기 CO₂ 포집, 활용 및 저장(DACCUS) 시스템을 만들 수 있다. 대기 중 이산화탄소를 회수해 지하에 가두는 기술은 대량의 에너지를 필요로 하기 때문에 잘 못하면 오히려 이산화탄소를 배출하는 결과를 초래할 수 있다. 사례 연구 분석 결과, 지층의 두께가 100미터 이상이며 최대 CO₂ 주입 속도가 연간 1MtCO2/유정으로 제한되는 조건에서, 5년간의 초기 활성화 기간(priming period)이 충분한 것으로 나타났다. 보다 두꺼운 지층의 경우, CO₂ 플룸의 지열 시스템 활용에 앞서, 5년 이상의 기간 동안 지질학적 CO₂를 저장해야 한다. 이산화탄소 포집-지하 저장 기술 지구 온난화의 주요 원인 중 하나는 화석 연료의 연소로 인해 대기 중으로 방출되는 이산화탄소다. 따라서 지구 온난화를 억제하기 위해서는 탄소 중립, 즉 탄소 배출을 줄이거나 제로(0)로 만드는 것이 중요하다. 그러나 인간의 활동에는 에너지가 필수적이기 때문에, 이산화탄소 배출을 완전히 제로로 줄이는 것은 현실적으로 어려운 과제다. 이 문제에 대한 창의적인 접근 방법 중 하나는 배출된 이산화탄소를 포집하여 지하에 저장하는 기술, 즉 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술이다. 이 기술은 대기 중으로의 이산화탄소 방출을 줄이는 데 기여할 수 있다. 그러나 기존의 CCS 기술은 이산화탄소 포집 효율이 낮아, 실제로는 예상과 다르게 이산화탄소 배출을 증가시킬 수 있는 역효과를 낳을 가능성이 있다. 지열에너지를 활용하면 이산화탄소를 포집하면서 동시에 발전을 진행할 수 있다. 오하이오 주립대 연구팀은 이 점에 착안해 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술에 지열 에너지를 통합하여 운영하는 새로운 접근 방식을 개발했다. 이들이 도입한 시스템은 'DACCUS'(직접 공기 중 이산화탄소 포집 및 활용 저장)로, 대기 중에서 직접 이산화탄소를 분리해내고 이를 지하에 저장하는 동시에, 지열을 활용해 이 과정에 필요한 에너지를 충당한다. 지열은 지속가능하고 청정한 에너지원으로, DACCUS 시스템은 이를 활용하여 대기 중의 이산화탄소를 효과적으로 포집하고 지하에 안전하게 저장한다. 이 과정에서 포집된 이산화탄소는 지하의 지열을 활용하여 지표면으로 열을 전달하는 데 사용한다. DACCUS의 혁신적인 장점은 이산화탄소를 단순히 저장하는 것에서 그치지 않고, 이를 활용하여 지열 발전을 촉진하고 발전 과정에서 에너지를 생산한다는 점이다. 이로 인해 지속 가능한 에너지 생산과 온실가스 감축이라는 이중의 이점을 동시에 달성할 수 있다. 멕시코만서 실증 실험 연구팀은 이 획기적인 시스템의 가능성을 증명하기 위해 지열이 풍부한 미국 멕시코만 지역에서 실증 실험을 진행하고 있다. 연구팀에 따르면, 멕시코만 연안에는 석탄 및 천연가스 발전 시설과 같은 CO₂의 점 공급원이 존재하며, 이산화탄소를 저장하기에 적합한 지질과 DACCUS를 가동하기에 충분한 지열이 있다. 이 시스템을 설치하면 효율적으로 이산화탄소를 회수할 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 2050년까지 멕시코만 연안의 한 지층에 25개의 DACCUS 시스템을 가동하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 이 획기적인 기술의 가능성을 보여줄 수 있다. 그러나, 현재 DACCUS 시스템의 구축에는 몇 가지 도과제가 있다. DACCUS 기술을 효과적으로 활용하기 위해서는 초기 5년간 공장 등의 이산화탄소 배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 저장하는 과정이 필수적이다. 이 과정은 마치 펌프에 물을 채워야 물이 나오는 마중물과 같아서, 초기 단계에서 필요한 '프라이밍' 작업으로 볼 수 있으며, 이 단계를 완료해야만 대기 중 이산화탄소의 포집이 가능해진다. 2025년까지 DACCUS 기술을 적용할 수 있다면, 실제로 대기에서 이산화탄소를 제거하기 시작하는 시점은 2030년경이 될 것으로 예상된다. 마르티나 레베니와 제프리 M. 비엘리키의 이번 연구 전체 논문은 '환경 연구 편지 저널(Environmental Research Letters)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-02-27
美 공군,지열 에너지 활용 '에버-루프' 기술 시험

미국 공군은 지열발전 스타트업 이버(Eavor)의 무한한 지열에너지를 활용한 '에버-루프(Eavor-Loop)' 기술을 시험하기 위한 파일럿 프로젝트를 시작한다고 에너지 전문매체 리차지(RECHARGE)가 최근 전했다. 에버-루프로 불리는 이 기술은 대형 시추장비를 동원해 약 4500m 깊이까지 수직으로 갱을 뚫는다. 미국 오클라호마 시티에 본사를 둔 이버는 텍사스 샌안토니오 합동 기지에 전력을 공급하기 위해 에버-루프 기술을 사용할 예정이다. 이 프로젝트는 공군 에너지 보증국(Air Force Office of Energy Assurance)의 자금 지원을 받아 체서피크 에너지(Chesapeake Energy)의 기술과 운영 전문 지식을 바탕으로 진행될 예정이다. 이버는 지구의 깊은 곳에 있는 지열에너지를 활용하여 2020년대 말까지 전 세계 어디서나 1기가와트 이상의 재생 에너지를 50달러 미만의 가격으로 생성할 수 있다고 밝혔다. 이버의 핵심 기술은 지하에 수평으로 뻗은 폐쇄 루프를 통해 물을 순환시키는 것이다. 차가운 물이 루프의 한쪽 끝으로 흘러 들어가면서 지하에서 가열되고 스팀으로 변환된다. 스팀은 다시 표면으로 올라와 전기 발전 터빈을 구동한다. 이 기술은 기존의 지열 발전 방식과 달리 펌프가 필요하지 않기 때문에 효율적이고 유지 보수가 쉽다. 또한 지열 자원이 풍부한 지역이 아니더라도 적용할 수 있다. 공군은 이번 파일럿 프로젝트를 통해 에버-루프 기술의 잠재력을 평가하고 군사 시설에 적용할 가능성을 검토할 예정이다. 라비 쇼다리(Ravi Chaudhary) 공군 에너지, 설비 및 환경 담당 차관보는 "중국과의 전략적 경쟁 시대에 미국 시설은 더 이상 모든 위협의 성역이 아니다"라며 "중복 에너지 시스템으로 설비를 견고하게 만들고 연료 수요를 줄이는 청정 에너지원을 사용해야 한다"고 말했다. 또한 그는 지열원이 "우리의 에너지 그리드를 강화하고, 위협이 운영에 영향을 주기 전에 이를 격리할 수 있는 능력을 제공한다. 이런 능력은 고급 전투에서 승리를 가져올 것"이라고 덧붙였다. 존 레드펀(John Redfern) 이버의 사장 겸 CEO는 이번 파일럿이 "국내와 국제 규모 모두에서 미래 기지의 롤 모델이 될 수 있다"며 "에너지 복원력, 보안 및 자율성 추구에서 미국 정부와 체서피크와 협력하는 것은 특권"이라고 말했다. 닉 델로소(Nick Dell'Osso) 체서피크 에너지(Chesapeake Energy)의 사장 겸 CEO는 "우리 회사는 지하 엔지니어링, 표면 규제와 영향 완화, 지질 자원 특성화에 매우 적합하다"고 강조했다. 레드펀은 앞서 리차지와의 인터뷰에서 "기술에 대한 아이디어를 처음 들었을 때 실제로 실행 가능하다는 것을 알기 전에 '내가 들어본 것 중 가장 멍청한 아이디어'라고 생각했다"는 솔직 발언을 했다. 이버의 자문위원회 위원장인 마이클 리이브리히(Michael Liebreich)는 "저렴하게 제공될 수 있다면 이 기술은 우리가 얻을 수 있는 성배에 가깝다"고 말했다. 국방부는 이버 파트너십뿐만 아니라 다른 회사인 잔스카 지열&미네랄스(Zanskar Geothermal & Minerals)와 계약을 체결해 다른 두 공군 기지에서 지열 자원을 식별하기 위해 AI 지원 플랫폼을 사용했다. 이버의 기술은 재생에너지 분야에서 획기적인 발전으로 평가받고 있다. 이번 파일럿 프로젝트를 통해 이 기술의 상용화 가능성을 확인할 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2023-10-11