3'30" 읽기
- 고정식 시스템 대신 어쨌든 바람을 생성하는 이동식 플랫폼인 기차를 사용
- CO2 포집 기술을 수송차량에 장착하면 여과에 필요한 공기가 거의 무료로 공급
- 챔버에는 액체 또는 고체 흡수제 사용, 공기에서 CO2 제거하고 결합하는 필터 장치
- 포집 기술에 따라 CO2 톤당 267~427킬로와트시 효율로 추정

CO2 포집기로서의 철도 차량
철도 차량에 설치된 시스템은 에너지 절약 방식으로 공기에서 이산화탄소를 제거할 수 있다.

철도의 CO2 포집:
미래에는 기차가 대기 중 "측면"에서 온실 가스 이산화탄소를 걸러낼 수 있다. 이는 CO2 포집을 위한 이전 기술보다 저렴하고 에너지 효율적이다. 이것은 기차가 CO2가 공기와 분리되는 특수 차량을 실어 나른다는 사실로 가능하다. 장점으로 이를 위한 전기는 열차의 제동 시스템에서 제공되며 공기 흐름은 팬 없이도 충분한 공기 흐름을 보장한다. 

▲ 연구원들은 철도 차량 형태의 롤링 CO2 포집 시설에 대한 개념을 개발했다. 이러한 롤링 CO2 포수는 비교적 저렴하게 대기에서 온실 가스를 분리할 수 있다. © Joule/ Bachman et al.

기후 변화를 막기 위해 인류는 CO2 포집과 같은 대규모 솔루션을 피할 수 없다. 온실가스는 공기나 배기가스와 분리되어 암석, 건축자재 또는 기타 고체에 저장되거나 화학 원료로 처리된다. 문제는 이전의 모든 방법이 비용이 많이 들고 많은 에너지를 필요로 한다는 것이다. 이것은 공기를 빨아들일 뿐만 아니라 흡수제에서 CO2를 다시 분리하는 데에도 필요하다.

롤링 플랫폼으로 흡기 팬 절약

이제 신생기업 CO2Rail의 에릭 바흐만(Eric Bachman)과 함께 다양한 대학의 연구원 팀이 더 저렴하고 경제적인 솔루션을 제시했다. 전기를 사용하면서 공기를 흡입해야 하는 고정식 시스템 대신 어쨌든 바람을 생성하는 이동식 플랫폼인 기차를 사용한다. CO2 포집 기술을 수송차량에 장착하면 여과에 필요한 공기가 거의 무료로 공급된다.

특히, 롤링 CO2 포집기는 전면 지붕에 하나 이상의 큰 흡입구가 있는 왜건으로 구성된다. "70 mph의 속도로, 각 구멍은 분당 1만㎥(입방 미터) 이상의 공기를 플레넘으로 가져올 수 있다"라고 팀이 보고했다. 이 챔버에는 액체 또는 고체 흡수제를 사용해 공기에서 CO2를 제거하고 결합하는 필터 장치가 있다. 따라서 흡기 팬에 전기가 필요하지 않다.

▲ 그림 1. Rail DAC 차량과 LEM 차량 운영 (출처: 관련논문 Rail-based direct air carbon capture / Joule)

캡처, 분리 및 액화

그런 다음 CO2 분리는 다음과 같다. 이를 위해 CO2Rail 웨건은 입구를 닫고 내부 압력을 줄인다. 사용된 흡수 매체에 따라 결합된 CO2가 방출되고 압축되고 가열, 음압 또는 전하에 의해 액화된다. 그런 다음 액체 이산화탄소는 기차의 목적지에 있는 정지된 저장소로 옮겨질 수 있을 때까지 또는 기차역에서 중간 정차하는 동안 압력 탱크에 저장된다.

일반적으로 흡수 매체에서 CO2를 회수하는 단계는 특히 에너지 집약적이며 직접 공기 포집(DAC)을 위한 일반 시스템에서 높은 전력 소비를 유발하고 기존 에너지를 사용할 때 CO2 배출량을 증가시킨다. 롤링 CO2 포집기는 열차 자체에서 생성된 에너지만 사용하여 이를 방지한다. 이로 인해 추가적인 온실 가스 배출이 발생하지 않는다.

브레이크와 태양의 힘

이것은 두 가지 에너지원에 의해 가능하다. 한편으로 열차에는 제동 시 전진 운동의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제동 시스템이 있다. "각 제동 동작은 하루 평균 20가구에 전력을 공급할 수 있는 충분한 전기를 생성한다"라고 Bachman은 설명했다. "지금까지 이 막대한 양의 지속 가능하게 생성된 에너지는 사용되지 않고 단순히 손실되었다."

CO2Rail 시스템은 이 전기를 사용할 수 있다.

두 번째 에너지원은 CO2 포집기 및 기타 기차 차량의 지붕에 장착된 태양 전지판이다. 두 전력 공급업체는 팀이 결정한 대로 67개의 왜건이 있는 화물 열차에 대해 24시간당 최대 36,500kWh의 전기를 공급할 수 있다. 여객 열차의 경우 여전히 최대 26,000KWh(킬로와트시다). 이것은 CO2 포집에 충분할 것이다. "포집 기술에 따라 CO2 톤당 267~427킬로와트시 효율로 추정된다"라고 Bachman과 그의 동료들은 말했다.

▲ 그림 2. 열차 에너지 및 철도 DAC CO2 수확 생산성 (출처: 관련논문)

이전 시스템보다 경제적이다.

즉, 일반 화물 열차에 CO2Rail 왜건을 장착하면 발전소 또는 기타 외부 소스의 전기 없이도 매년 공기 중 3,000~6,000톤의 CO2를 걸러낼 수 있다. 연구원들은 대규모로 구현될 경우 이 롤링 CO2 포집 비용이 톤당 약 50달러가 될 것으로 추정한다. 이는 또한 현재까지 운영되고 있는 모든 고정 시스템보다 훨씬 저렴할 것이다.

"예상 비용은 기술을 상업적으로 실행 가능하게 할 뿐만 아니라 경제적으로도 매력적으로 만든다"라고 Bachmann은 강조했다. 또한 롤링 CO2 포수는 넓은 땅을 차지하지 않으며 다른 사람의 시야를 방해하지 않는다. 공저자인 토론토 대학의 제프리 오진(Geoffrey Ozin)은 "모두가 기후 위기에 대해 뭔가 하기를 원하지만 아무도 자신의 앞마당에서 하고 싶어하지 않는다"고 말했다. 이미 실행 중인 열차에 통합하면 이 문제를 피할 수 있다.

"이를 위한 인프라는 이미 존재한다"며 "이미 가지고 있는 것을 사용하면 된다"고 오진은 말했다. 팀은 이미 디젤 기관차의 배기가스를 직접 포착하고 이산화탄소로부터 제거할 수 있는 CO2 포착 시스템의 변형을 연구하고 있다.
(Joule, 2022; doi: 10.1016/j.joule.2022.06.025)
출처: Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]