메탄가스 97.7% 정제기술 상용화 임박

생기원, 이케이와 공동연구해 가스분리기 개발
기존 설비 10분의1 부피… 생산단가 25% 저렴

한국생산기술연구원 송호준 박사가 유기성 폐기물에서 발생하는 바이오가스로부터 메탄가스를 97.7%의 고순도로 회수하는 막접촉기의 원리를 설명하고 있다. 생산기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국생산기술연구원이 중소기업 ㈜이케이와 함께 유기성 폐기물에서 발생하는 바이오가스로부터 메탄가스를 97.7%의 고순도로 회수하는 기술개발에 성공했다고 3일 밝혔다.

현재 이케이의 이천현장에서 30N㎥/hr 규모로 실증 테스트 중인 이 기술은 메탄가스 회수율이 99.896%에 달한다. 메탄가스가 주성분인 압축천연가스(CNG)택시를 하루 20대까지 충전 가능한 규모다.

연구진은 이케이의 공정설계 및 운영 노하우가 더해져 기존 메탄가스 제조단가보다 약 25%가량 저렴한 생산이 가능해 상용화도 앞당겨질 전망이라고 설명했다.

생기원 친환경공정연구그룹 송호준 박사는 "현재 실증단계까지 도달해 상용화가 눈앞에 와있어 수송용 연료로서 안정적 활용이 가능할 것"이라고 말했다.

바이오가스가 대기 중에 노출되면 지구 온난화를 일으키지만, 이를 정제시켜 메탄가스로 추출하면 택시나 버스와 같은 수송용 연료는 물론 도시가스로도 사용 가능하다.

가스 분리기술에는 흡수, 흡착, 심냉법, 막분리 4가지로 분류된다. 송호준 박사 연구팀은 이중 흡수와 막분리가 결합된 '막접촉기' 방식을 채택해 '막접촉기 기반 가스 분리기'를 만들어냈다.

막접촉기에는 원통안에 직경 1㎜미만의 빨대형태의 필터가 다발로 묶여 있는 형태의 중공사막 필터가 내장된다. 해당 필터의 안쪽으로 흡수제를 흘려보내면 이산화탄소는 해당 용액과 함께 막접촉기 밖으로 빠져나가고 용액에 녹지 않는 메탄가스는 추출되는 원리를 이용했다.

한국생산기술연구원 송호준 박사가 ㈜이케이 이천현장에 설치된 막접촉기 기반 가스 분리기를 살펴보고 있다. 생산기술연구원 제공

막접촉기 기반 가스 분리기는 기존 산업현장에서 많이 쓰이고 있는 흡수탑에 비해 반응설비 부피가 최대 10분의 1 수준이며, 설비 확장 시에도 막접촉기 수량만 증설하면 된다는 장점이 있다.

다만 막접촉기 내부 필터막인 멤브레인이 용액을 흘려보내는 설계 특성상 필연적 막젖음 현상이 문제로 지적됐다.

이를 위해 필터 소재를 저렴한 폴리프로필렌(PP)으로 대체하고, 흡수제의 표면 장력을 높이는 방안으로 대안을 찾았다.

10개의 물질 조합을 100번이상 테스트해 화학물질 분자구조의 최적 설계 및 합성을 통해 표면 장력을 높이면서도, 이산화탄소 포집율을 높이는 방안을 찾아 고효율·저에너지 흡수제를 적용할 수 있었다.

이케이 문원호 대표는 "향후 생기원과 함께 도시가스는 물론 수소차 충전에도 활용될 수 있는 연구로 이을 계획"이라고 전했다.

[e-mail] 김만기 기자