화학공학부 김지용 교수 연구팀(공동 제1저자 Do Thai Ngan, 유찬희 연구원)이 탄소중립을 위한 최적 탄소 자원화 경로를 규명했다. 이는 최근 활발히 진행되고 있는 탄소 중립 실현 관련 다양한 정책과 기술 개발의 정량적 목표와 연구 전략 수립에 큰 기여를 할 것으로 기대를 모으고 있다.

탄소 중립이란 인간의 활동에 의한 온실가스 배출을 최대한 줄이고, 남은 온실가스는 포획, 제거 또는 재활용함으로써 실질적인 배출량이 0(Zero)가 되는 개념이다. 최근 전 세계적으로 파리 협정 등 기후 변화 대응을 위한 탄소 중립 체제 구현에 많은 노력을 가하고 있다. 특히, 해외 에너지 의존도가 높고, 이산화탄소 배출량이 상대적으로 많은 국내 에너지 구조의 특징으로 인해, 탄소를 이용하여 에너지를 재생산하는 이른바, “탄소자원화”전략은 탄소 중립을 실현하는 가장 적극적인 기술이다. 이에, 정부 주도의 R&D 및 국내 많은 에너지 기업들은 탄소 자원화를 위하여 다양한 기술을 개발 및 실증화하고 있다. 현재 개발 중인 탄소자원화 기술은 촉매반응 전환 , 열화학적 및 전기화학적 분해 방법 등 매우 많은 종류의 전환기술이 있으며, 생산 가능한 고부가가치 물질 또한 메탄올, 올레핀, 휘발유 등 매우 다양하다. 즉 2050 탄소 중립을 위한 실효적인 탄소자원화 목표와 전략 수립이 매우 시급한 반면, 다양한 기술들의 경제적 경쟁력과 환경적 효과는 아직 규명되지 못하고 있는 실정이다.

이에 김지용 교수 연구팀은 전 세계적으로 그 효과가 탁월한 70개의 모든 탄소자원화 경로를 분석하였으며, 공정 모델 개발을 통해 각 기술들의 경제적, 환경적, 에너지 관점에서 수준과 한계를 정량적으로 분석하였다. 특히, 국내 에너지 구조 분석을 통하여 최적화 모델 기반 국내 실정에 가장 적합한 탄소 자원화 기술을 규명하였다. 김지용 교수는 “탄소 중립을 위한 정부 R&D 지원 정책의 선택과 집중을 지원함으로써 이산화탄소 저감 및 에너지 국산화에 가장 실효적인 정책을 수립할 수 있고, 국내 주요 에너지 기업들의 미래 에너지 시장에서의 사업 모델 구축 및 투자 전략 수립에도 큰 기여를 할 수 있을 것” 이라며 “ 현재 탄소 중립을 위한 다양한 정부 기관 및 기업들과의 협력을 통해 본 연구 성과의 확산에 집중하고 있다”연구 의의를 설명했다.

본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기후변화대응기술 개발사업의 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 에너지환경과학(Energy & Environmental Science, Impact Factor=38.53, JCR 환경과학분야 상위 0.1%)에 12월 20일(월)에 Advance Article 논문으로 출판되었다.

※ 논문명

: A CO2 utilization framework for liquid fuels and chemical production: techno-economic and environmental analysis

※ 저자 : 김지용 교수(교신저자, 성균관대학교 화학공학부), Do Thai Ngan 연구원 (공동 1저자, 성균관대학교 석박통합과정), 유찬희 연구원(공동 1저자, 성균관대학교 석박통합과정)

○ 이산화탄소를 이용한 고부가가치 물질 연료 생산 기술 개발 및 분석
본 연구에서는 최적화 기법을 이용하여 탄소 중립을 위한 최적 탄소자원화 기술을 규명하였다. 현재 적용 가능한 70여 종의 다양한 기술을 분석하고, 공정 모델을 자체 개발함으로써 엄격하고 공정한 기술 비교를 수행하였다. 특히, 기술의 경제성 및 이산화탄소 저감 효과 등 다양한 목적함수를 이용하여 국내 실정에 적합한 탄소자원화 전략을 수립하였다.