이산화탄소 석유화 기술이 원전에 연동 될 수 밖에 없는 이유 잡담



이산화탄소 석유화 기술이 원전에 연동 될 수 밖에 없는 이유 


기본적으로 겁나게 거대한 선풍기이기 때문입니다. 

공기를 톤단위로 채집하려면 어쩔 수 없죠. 




현재 1기압의 공기중에 분포되어 있는 이산화 탄소를 순수한 이산화 탄소로 정제하여 150 bar 압력으로 확보하는대 

다른 것들은 순환 해서 처음 투자 하면 (이론상으로는) 추가 투자가 필요없지만 

1기압 일반 공기를 순수한 물과 1500kwh의 전력이 소모하면 순수한 물과 1톤의 순수 이산화탄소가 확보됩니다. 

1톤의 순수 이산화탄소가 100$ 이하로 확보 되면 이산화탄소 전환 액상탄화수소(이후 알기 쉽게 석유로 통칭)가 채산성을 가지게 될거라고 예상합니다. 

그럼 순환하는 것들의 가격은 일단 제외하고 전력 1500kwh의 가격을 한번 볼까요? 

가정용 전기라면 423,190원 

예 감당이 안되네요. 

산업용 전기로 쳐보면 봄가을에는 대충 62원 정도 여름/겨울에는 대충 85원 정도입니다. 

1500kwh니깐 여름/겨울은 127500원 봄가을은 93000원 정도 들겠내요. 

100$은 10만 8170원 정도니깐 초기투자비용의 감가상각비, 운영유지비 고려하면 전기세가 싼 봄가을에 해도 경제적으로 빠듯합니다. 

원가 레벨로 간다면 kwh당 60원, 경제적으로 좀 남으려면 50원 레벨은 되어야 겠지요. 

그럼 신재생 에너지의 현재 및 미래에 절감될걸로 예상되는 생산 단가를 볼까요? 

아... 

음....

생산 원가 레벨에서 이미 게임 끝이네요. 

세계적으로 어떤 대규모 혁신이 일어나서 신재생에너지의 생산 전력이 폭증하고 생산가격이 폭락하기 전까지는 말이죠. 

그럼 원전의 생산원가는 얼마나 할까요? 

국내 원전의 경우 사후 관리비 및 향후 해체비용까지 포함한 균등화 원가가 약 48.8원입니다. 

하지만 미국 등 선진국의 원전은 그보다 좀 많이 비쌉니다. 

많게는 2배정도까지....

선진국들은 원전 사고등을 거치면서 원전 개발을 중단한 경우가 많아서 구형 원전등을 활용하기 때문에 생산비용이 비싼 면이 있습니다. 

사실상 한국이 현재 원전 레벨에서는 최상위급 국가입니다. 

한국 원전에서 생산되는 질좋고 값싼 전기는 굉장한 경쟁력을 가지고 있으며, 

이에 따라서 전기를 많이 쓰는 해외 기업들은 전기값 하나를 보고 한국에 진출하기도 하는 레벨입니다. 

따라서 다른 나라에서는 아직 경제성이 떨어지는 수준이지만 

한국에서는 이미 원전으로 이산화탄소 석유화를 한다면 충분히 이윤까지 남을 레벨입니다. 

그리고 원전의 또다른 장점은 24시간 균등하게 피크치의 전력을 제공한다는 겁니다. 

화력이든 신재생이든 다른 어떤 발전 방식에서도 찾아볼 수 없는 장점이죠. 

이 때문에 전기가 남는 시점이 생깁니다. 

보통 심야시간이라 심야전기는 깍아주고 어쩌고 하는데, 

원전과 이산화탄소 채집 시설을 세트로 만들어 두면 전기가 많이 필요할 때는 채집을 중단하고 

전기가 적게 필요할 때는 남는 전기로 채집을 한다면 보다 효율적인 전력 운영이 가능하겠죠. 

만들어진 순수 이산화탄소는 액화 탄화 수소로 전환하여 연료로 사용하게 되는대 

이것도 물을 전기분해 하여 수소를 만들고, 

수소와 이산화 탄소를 다시 탄화수소로 바꾸고, 

탄화 수소를 가스 형태, 액화 탄화수소로 연료 형태 등으로 활용하는 기술입니다. 

한전에서 원전에 부가하여 직접 만든다면 원전의 수익성은 훨씬 좋아질 것입니다. 

확보한 탄화수소를 직접 화력발전소용으로 활용해도 되고, 

도시가스, 자동차/항공기/선박 연료 등으로 판매를 해도 좋을 겁니다.

이 탄화수소가스/액화탄화수소의 경우 기존의 연료들과 다르게 불순물이 없는 순수 연료이기 때문에 

기존 화석연료 기반에 비해서 에너지 밀도가 훨씬 높고 불순물은 훨씬 적게 나오는 청정 연료이기도 합니다. 

이산화탄소 농도 조절, 탄소 배출 감소, 매연 감소, 비용 감소에 추가적으로 

또 한가지 좋은 점은 직접 공기 포집 방식이기 때문에 [미세먼지/초미세먼지 정화라는 부가적인 잇점도 있습니다] 

빨리 상용화 되었으면 하네요. 

경제성을 도외시 하고 이산화 탄소와 미세먼지를 감축 시키는 환경 시설 이라는 방식으로 신재생 에너지를 사용해서 운용하는 것도 불가능하지는 않지만 서도...

그런 환경 만을 위해서 굉장히 많은 비용을 투자하기만 해야 하는 장치라면 확산되기는 힘들다고 봐야겠지요.  

덧글

  • RuBisCO 2018/06/14 10:42 # 답글

    문제는 환경팔이들 덕택에 한국도 원전기술이 주저앉을 뻔한 위기가 왔다는게 문제... 그나저나 표의 단가는 표 단위가 원화가 아니라 센트로 되있는데 잘못된거 같습니다. 환율적용까지 되있는거 보면 원화로 표기한다는걸 실수한 모양이군요.
  • 5thsun 2018/06/14 10:37 #

    원화 기준 1kwh 생산 비용은 원전은 48.8원 신재생은 115~726원입니다.

    내용을 다시 확인해주세요.

  • RuBisCO 2018/06/14 10:43 #

    맨 아래 표3-7 이야깁니다. US Cent/kWh로 되어있는데 위의 단가랑 서로 내용이 안맞아요.
  • 5thsun 2018/06/14 10:48 #

    3-6은 국내기준이니 원/kwh 이고

    3-7은 국제 기준이니 us센트/kwh로 다른 내용입니다.
  • RuBisCO 2018/06/14 11:09 #

    아 별개의 자료군요. 그건 그렇고 일단 원문들을 찾아보니 단위가 잘못된게 아니라 자료 작성한 분이 소숫점을 잘못 찍었습니다. 원문에선 $/MWh인데 그걸 잘못 옮겨왔네요.
  • 5thsun 2018/06/14 12:16 #

    아 표 3-7은 .을 하나 잘못 표기 했내요.
  • 자유로운 2018/06/14 13:18 # 답글

    나중에는 어찌될지 몰라도 시작할 때는 원전 있는게 절대적으로 유리할 수 밖에 없는 구조로군요.
  • 5thsun 2018/06/14 15:34 #

    연구중인 다양한 이산화탄소 포집 방식 중 하나인거니까요.
  • 무명병사 2018/06/14 14:36 # 답글

    이 무신 시대의 아이러니...
  • 5thsun 2018/06/14 15:35 #

    원전이 가장 깨끗하고 저렴한 전력 공급 수단인거는 부정할 수가 없어요.

    사고 났을때 위험성이 크다는거 뿐이지...
  • ??? 2018/06/14 14:44 # 삭제 답글

    글쎄요. 사실 순수 이산화탄소는 저렇게 골때리는 방법으로 모을 필요가 별로 없습니다. 제철소에서 액체 산소 만들때 부산물로 액체 질소와 함께 왕창 나오기도 하고, 또 포스코 같은데선 제철 공정에서 나오는 CO2를 분리, 포집하는 시설도 이미 갖고 있고......포스코 한군데서만 쳐도 연간 천만톤 단위로 얻을 수 있는게 이산화탄소라서요. 한국만 그런것도 아니고, 웬만큼 공업력이 있는 국가라면 어디든 다 그렇습니다.

    근데 저런데서 이산화탄소를 싸게 수급해오는게 아니라, 공기중의 이산화탄소를 압축 분리하는데서부터 시작한다는게 어째 뭔가 좀 약을 파는듯한 기분이......
  • 5thsun 2018/06/14 15:28 #

    ^^;;;;;

    포스코에서는 이미 이산화탄소의 산업적 가치에 집중하여 2006년부터 수천억의 자금을 들여서 co2 포집 기술을 개발하고 포집시설을 운용하고 있습니다.

    그건 사실입니다만....

    2015년부터 운영중인 2단계 co2 포집 파일럿 플렌트가 포집하는 양은 일간 10톤에 불과 합니다.

    http://www.rist.re.kr/rist/class/community/community_view.jsp?str_page=1&seq=481&floc=3&flag=3&search=&find=title

    거기다가 지진 위험이 대두되면서 2015년 부터 운용을 중단한 처지입니다.

    http://www.hidomin.com/news/articleView.html?idxno=348461

    포스코가 아니라 한국으로 본다면

    2016년부터 한전에서 운용중인 보령 화력발전소의 10㎿급 이산화탄소 포집 실증플랜트가 국내에 있는 실증급 최초 플렌트인대요.

    이게 하루 생산량 180톤급입니다.

    연간 천만톤 단위가 쌓이고 있다는 말씀은 좀 사실과 맞지 않다고 할까...

    그리고 말씀하신 산업 현장에서 발생하는 이산화탄소 포집의 경우에 600$ 가량이 소요되는 방식이고, 이번에 나온 공기중 직접 포집 방식은 이걸 100$ 단위로 줄였다! 라는 이야기랍니다.
  • 5thsun 2018/06/14 15:33 #

    이산화탄소 포집/저장 기술은 현재 세계 각국에서 심각하게 연구중인 기술로

    해외에서도

    https://scholar.google.co.kr/scholar?q=Carbon+Capture+Storage&hl=ko&as_sdt=0&as_vis=1&oi=scholart

    국내에서도

    https://scholar.google.co.kr/scholar?hl=ko&as_sdt=0%2C5&as_vis=1&q=%EC%9D%B4%EC%82%B0%ED%99%94%ED%83%84%EC%86%8C+%ED%8F%AC%EC%A7%91&btnG=

    http://academic.naver.com/search.naver?field=0&query=%EC%9D%B4%EC%82%B0%ED%99%94%ED%83%84%EC%86%8C+%ED%8F%AC%EC%A7%91

    다양한 각도에서 심도있게 연구중인 분야입니다.

    위에 나온것은 그중 한가지 방식으로 "이제는 어떻게 잘 하면 상용화가 가능할 수도 있을거다" 정도의 이야기가 나온 방식인거죠.
  • ??? 2018/06/14 15:50 # 삭제

    그야 포스코의 저 설비는 기술 실증을 위한 파일럿 설비니까요. CO2를 포집해놔도 딱히 쓸데도 마땅치 않고 저장할 방도도 뾰족한게 없다보니까......

    천만톤 이야기는 현재 그렇게 생산/비축하고 있다는 얘기가 아니라 배출량을 말합니다. 그리고 당연한 얘기지만, 공기에서 쌩으로 압축해 이산화탄소를 뽑는거보다 이미 고농도의 이산화탄소를 포함한 배출 가스에서 뽑는게 싸게 먹힐거라는건 뭐 그렇게 이상한 판단인것 같진 않은데요.

  • 5thsun 2018/06/14 16:09 #

    이산화탄소 전환 기술이 아직 개발중인 문제니깐요.

    본문에서 언급한 카본 엔지니어링의 dac 방식도 2021년 정도에나 상용화 가능할 것으로 보는 중이니깐요.
  • 5thsun 2018/06/14 17:06 #

    아 제가 조금 착각했내요.

    위에서 소개한 공기중 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 포집 기술은 탄소배출제한에 따른 조치고요.

    현재 연구중인 액상연료화 방식은 포집된 이산화탄소를 어떻게 활용하느냐에 따른 조치입니다.

    공기 액상화 도중 나오는 드라이아이스는 이 이슈와는 별개의 것이지만 이산화 탄소 액상 연료화 기술이나 기타 자원화 기술이 발전하면 그것도 활용하게 되겠지요.

    이 기술은 [현재 탄소 배출권이 톤당 20$ 안팍에 거래되고 있는대 이산화탄소 제거에는 톤달 600$이 들어 지연되고있는 탄소 배출량 조정을 어떻게 경제적으로 효율적으로 할 수 있느냐] 라는 고민에서 나온 방식이고요.
  • shaind 2018/06/14 17:56 #

    ???님의 주장과 같이, 원론적으로 이산화탄소 발생원에서 고농도의 이산화탄소를 직접 포집하는 것은, 공기중에서 희석된 이산화탄소를 다시 농축포집하는 것보다 상당히 에너지가 많게 드는 것이 분명한 사실입니다.

    사람들이 매우 쉽게 간과하는 사실이지만, 물질은 단지 희석되는 것만으로도 많은 자유에너지를 잃게 되기 때문입니다.

    예컨대, 상온, 대기압의 순수한 이산화탄소 1kg가 대기중 농도인 분압 40Pa 수준으로 희석되는 것만으로도 이상기체의 혼합에 의한 엔트로피 증가는 ds = Cp/TdT - v/TdP 에서 1.479 kJ/kgK 이므로, 엔트로피 증가로 잃어버린 자유에너지의 양은 TΔS하면 443.6 kJ/kg 이죠. 다시말해 443.6MJ/ton 입니다. 전력량으로 환산하면 123.2kWh/ton 이고, kwh당 100원으로 환산하면 톤당 1만 2320원이 더 드는 셈이군요.

    한편 포스코와 같은 제철소에 있는 산소공장은 공기를 냉각해서 분별액화하는 것으로 순산소를 얻는데, 부산물로 먼저 액화되는 이산화탄소의 양은 포항제철소의 모든 산소공장을 합치면 시간당 647.6Nm3 으로(계산 근거 : http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=30007 ) kg로 환산하면 매 시간당 1271kg이 됩니다.

    그냥 시간당 1.27톤이 아니라, 완전히 응축된, 핸들링 가능한 상태의 co2가 시간당 1톤 넘게 쏟아지고 있는 것이죠. 이제까지는 이걸 그냥 도로 공기중으로 날려보냈던 것으로 알고 있습니다.

    다른 공정, 예컨대 고로나 산소전로에서 나오는 CO2는 이정도로 순수한 형태는 아니지만, 여전히 매우 농도가 높아서 그대로 날려보내는 것만으로도 상당한 자유에너지를 손실하게 된다는 건 쉽게 알 수 있죠.

    한편 포스코가 이산화탄소포집을 중단한 건 이산화탄소를 포집해서 지하에 주입하여 가두는 작업이 지진발생염려가 있기 때문이지(포항지진에서도 논란이 된 것처럼, 땅속에 뭔가 유체를 주입하면 지진이 나기 쉬워집니다.) 이산화탄소의 포집 단계 기술이 경제성이 없어서 그런 게 아닙니다. 다시말해 땅속에 주입하지 않고 연료화한다면 지진염려할 필요도 없게 됩니다.

    어떠한 경우라도 대기중의 이산화탄소를 쌩으로 농축포집하는 것에 비해서는 압도적으로 경제적입니다. 이산화탄소 발생원에서 직접 포집이 가능한데도, 대기중으로 희석시킨 뒤에야 다시 이산화탄소를 포집하는 것은 에너지 수지 측면에서 정말 삽질 중의 대삽질이라고 할 수 있죠.

  • 5thsun 2018/06/14 17:55 #

    shaind님//

    1. 600$/100$ 이야기는 액화질소/산소 생성 도중 부산물로 발생하는 이산화탄소가 아니라, 기존의 포집 방식과, 지금 제안된 포집 방식의 차이입니다.

    제가 언급을 잘못한 부분이네요.

    2. 지진시 위험성 때문에 포집이 중단되었다는 이야기는 윗 댓글에 적혀있습니다.

    3. 말씀하신 기준에 따르면 연간 11134톤 가량의 이산화탄소를 확보할 수 있다는 뜻이군요. 이산화탄소 자원화 기술이 발달하여 이 이산화탄소를 유용하게 활용할 수 있게 되길 기대합니다.
  • shaind 2018/06/14 17:58 #

    제가 하고싶은 이야기는 위 본문에서 소개하신, 대기중 이산화탄소 포집을 싸게 하기 위한 기술적 노력 자체가 삽질이라는 거죠. 건전한 공돌이의 열역학적 사고 하에서는 ???님 말씀처럼 약팔이의 스멜을 느낄 수밖에 없습니다.

    반대로 "이산화탄소 포집에 이렇게 많은 에너지가 든다!" 라고 하면서 굳이 삽질스러운 포집방법을 예시로 든 것도 별로 적절하지는 않은 셈이 되구요.
  • 5thsun 2018/06/14 18:10 #

    http://fifthsun5.egloos.com/3180658

    이산화탄소 포집에 대한 예시로 이 방식을 설명한 것이 아니라,

    반대로 저 방식에 대한 기사를 몇일전 소개 하였는데,

    그 방식에 왜 원전이 필요한지?에 대한 댓글이 달려서

    왜 해당 방식에는 다른 전기가 아닌 원전에서 나오는 전기가 필요한지를 찾아본 글입니다.
  • J H Lee 2018/06/14 15:15 # 답글

    저걸 돌리려면 어디선가 에너지를 끌어와야 되는데, 석유 만들겠다고 석유 태우는건 본말전죠.

    소위 말하는 청정 에너지는 발전량이 형편없고...
  • 5thsun 2018/06/14 15:28 #

    결국 원전이죠.
  • 나인테일 2018/06/14 16:15 # 답글

    전기 남는 시간에 원전을 신나게 돌려서 남는 전기로 땔감을 만들면 한여름 한겨울 전력 피크때 이걸 쓰면 개이득이겠군요.
  • 5thsun 2018/06/14 17:06 #

    어째든 일단 이산화탄소 액상 연료화를 상용화 시켜야 겠지요.
  • 함부르거 2018/06/14 16:25 # 답글

    이산화탄소를 탄화수소로 만드는 공정은 뭐가 어찌 되었든 엔트로피를 역전시키는 일이고 대량의 에너지가 들어가는 건 당연하게 예상할 수 있죠. 석유란 건 수억년에 걸쳐서 식물과 동물들이 그 공정을 해 준 덕분에 우리가 쓸 수 있는 거구요.

    에너지 투입에 관한 고려 없이 석유를 생산할 수 있다고 말하는 건 그냥 영구기관하고 다를 바 없습니다. ^^
  • 5thsun 2018/06/14 17:07 #

    세계적으로 탄소 배출 문제로 이리저리 고민중인대, 성공을 거뒀으면 좋겠내요.
  • ... 2018/06/14 18:22 # 삭제

    하지만 같은 칼로리라도 싼 칼로리가 있고 비싼 칼로리가 있으니, 싼 칼로리로 비싼 칼로리를 만들자는 건 경제학 측면에서는 의미가 있는거죠 ㅎㅎ
  • 0151052 2018/06/14 17:09 # 답글

    확보한 탄화수소를 화력발전용으로 쓰는 건 좀 ^^;;
  • 5thsun 2018/06/14 17:13 #

    기본적으로는 카본 엔지니어링에서는 가스/디젤/제트유 형태로 선박이나 비행기, 차량용 연료로 사용할 것을 제안하고 있습니다. ^^
  • 0151052 2018/06/14 17:16 #

    이산화탄소 배출에 영향을 주지 않는 인공석유가 실현만 되면 내연기관 퇴출에 전기차가 필수인 시대가 오지 않을 수도 있겠군요.
  • 지나가던과객 2018/06/15 10:32 # 삭제 답글

    원자력이 저렴하긴하지만, 그걸 관리하는 놈들을 믿을 수 있어야죠.
    옆동네처럼 사고가 터져도 제때 대처못하는 놈들이 있질 않나, 원전해처하면서 나온 폐금속을 하청업체직원들이 챙기는데도 그걸 제대로 알지 못하고 놔두질 않나, 그런 놈들을 어찌 믿고 원전관리를 맡기겠습니까?

    이번 정권의 신재생에너지 투자와 원전 정지도 그런 놈들의 짓거리가 비중을 많이 차지할 것이라고 봅니다.
  • 돌고래N 2018/06/16 22:16 #

    원안위가 삽질은 많이 했어요. 그건 동감.
    하지만 그걸 이유로 원전없애라는 얘긴, 교통사고났다고 자동차 없애란 소리같더군요.
    시스템의 수준을 높여 개선하려고 고민하지 않고 겁부터 내고 포기하려 드는 꼴이.. 백여 년 전 백열전구와 내연기관을 무서워하던 조상님같습니다. 이런 식으로 해선 기술선진국이 되긴 텄다 싶습니다.
  • 돌고래N 2018/06/16 22:17 # 답글

    화석연료를 사용하는 모든 열기관과 축사에, 질소산화물만이 아니라 메탄과 CO2회수장치를 의무화해야겠네요. 또 그걸 자발적으로 할 만큼 탄소배출권값을 올려야 하고.. orz
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