과제명	대량 CO2 개질 수소 및 CO 생산 기술 개발

1. 제안배경 및 필요성

❏ 기후변화대응 저탄소사회 구현과 에너지트렌드 변화에 따른 저비용 CO2 배출 감축기술 필요

○ 전력그룹사의 2차 배출권거래제 기간(‘18∼’20년)동안 부족 배출권은 발전사 88백만톤 (1.9조원), 한전 50만톤(110억원)으로 시장서 구입 후 한전이 정산하고 있음

- 전력그룹사 온실가스 배출량의 대부분은 발전소 배출 CO2로 CO2 포집, 저장 및 활용기술을 통한 온실가스 감축이 절실

○ 포집 CO2 대량 활용 기술 확보로 포집 보유기술 사업화 활성화 및 CO2 배출감축 필요

- CO2-천연가스(메탄)-스팀 반응을 통해 CO를 생산하고 기존 CO 공급 공정을 대체함으로써 CO2 대량 활용을 통한 감축이 가능하며 부산물로 생산되는 수소는 연료전지 등 발전용으로 활용가능, 또한 보유 포집기술의 사업화 활성화 가능

※ R&D계획근거 : '19 전력그룹사 공동로드맵 기후환경기술/탄소포집 및 활용기술/매체순환연소,

'19 KEPCO 2030 핵심기술확보로드맵(8대핵심전략기술) 청정융복합발전/탄소포집 및 자원화

2. 과제 개요

과 제 명	대량 CO2 개질 수소 및 CO 생산 기술 개발
과제분야	■전략 □창의 □현안 □기타				재원구분		■자체연구 □정부지원 □협약
연구성격	□기초 □현장 ■개발 □사업화 □인프라/기타						기술수명주기			도입기
기술부문	V.환경	기술분야		C.지구환경			확보대상기술			CO2 온실가스 처리기술
연구기간	2020. 07. 01 ～ 2023. 06. 30 (총 36개월)
제안부서	전력연구원 에너지환경연구소				참여기관			1개 (미정)
수행부서	전력연구원(PL 백점인 책임)
활용부서	기술기획처				위탁기관			2개 (미정)
연구개발비 (백만원)	구 분		총 사업비
			현 금			현 물			합 계
	한 전		1,060			430			1,490
	참여기관		1,160			100			1,260
	합 계		2,220			530			2,750

3. 연구목표 및 개발내용

❏ 연구목표 : 0.1톤/일 CO2 개질 H2 & CO 동시 생산시스템 개발 및 5,000톤/년(1MW급)

CO2 개질 시스템 설계

❏ 주요 연구개발내용

○ CO2 개질 H2 & CO 생산 촉매개발 및 성능시험 시스템 설계

- CO2-스팀-메탄 복합개질 촉매 기초조성 확보 및 성형기술 개발

- 5kW급(0.1톤CO2/일) CO2 복합개질 BSU(Bench Scale Unit) 설계

○ CO2 개질 H2 & CO 생산 성능시험 시스템 구축

- 실험실 규모 성능평가 설비 촉매 장기성능 시험

- 5kW급(0.1톤CO2/일) CO2 복합개질 시스템 설치 및 시운전

○ 0.1톤/일 CO2 개질 시스템 장기운전 및 규모격상 실증시스템 설계

- 탄소침적방지 개선 촉매 개발 및 5kW급 CO2 복합개질 시스템 성능검증

- 0.1톤/일 CO2 개질시스템 1,000시간 장기운전 성능검증

- 규모격상 설계자료 구축 및 1MW급(5,000톤CO2/일) CO2 복합개질 시스템 기본

설계

< CO2 복합개질 기술개요>

□  CO2-스팀-메탄을 반응시켜 CO와 H2로 전환하는 합성가스 제조의 핵심적인 기술

* 촉매 조성 개발을 통한 CO와 H2로의 대량화 전환 및 시스템 구축

<기술의 특징>

○ 반응물로 CO2 사용하여 온실가스 저감

○ 고농도의 수소 제조

○ CO 와 H2의 생산비율 조절가능

○ 탄소 침적에 의한 촉매의 비활성화가 적음

○ 대용량 및 상용화에 유리

○ 연차별 기술개발 목표 및 내용

구분	연차별 목표	기술개발 내용
1차년도 (12개월)	CO2 개질 H2 & CO 생산 촉매개발	· 촉매 조성 개발 및 0.1톤/일 CO2 개질시스템 제작
2차년도 (12개월)	CO2 개질 H2 & CO 생산 성능시험 시스템 구축	· 촉매 성형기술 개발 및 장기성능 시험 · 0.1톤/일 CO2 개질시스템 설치 및 시운전
3차년도 (12개월)	0.1톤/일 CO2 개질 시스템 장기운전 및 규모격상 실증시스템 설계	· 0.1톤/일 CO2 개질시스템 1,000시간 장기운전 성능검증 · 규모격상 설계자료 구축 및 15톤/일 CO2 개질 플랜트 기본설계

❏ 최종 결과물

○ 50 sccm O2 개질설비 및 설계패키지

- 설계프로그램, 설계도, 운전절차서, 안전관리 매뉴얼, 시스템 P&ID, 기술규격서,

배치도, 최적 공정구성 등

○ 0.1톤/일 CO2 개질설비 및 설계패키지

- 설계프로그램, 설계도, 운전절차서, 안전관리 매뉴얼, 시스템 P&ID, 기술규격서,

배치도, 최적 공정구성 등

○ PSA 40ℓ/min 설비 및 설계패키지

- 설계프로그램, 설계도, 운전절차서, 안전관리 매뉴얼, 시스템 P&ID, 기술규격서,

배치도, 최적 공정구성 등

○ CO2 고효율 개질 촉매 조성비율 및 품질관리 매뉴얼

○ 지식재산권

- CO2 개질 H2 & CO 동시생산 촉매조성(특허)

- CO2 개질 H2 & CO 동시생산 시스템(특허)

❏ 세부 성능지표

KPI		Initial	Target	측정․평가방법
CO2 처리량[톤/일]	KEPCO	-	0.1	CO2 개질시스템 CO2 공급유량
	World Top	2.9	상용
CO2 전환율(%) at 900℃	KEPCO	-	≥60	CO2 개질반응기 입출구 가스 조성 제시
	World Top	≥50	≥50
촉매 내구성(시간)	KEPCO	-	≥800	장기 촉매성능 실험 데이터 기록 평가
	World Top	800	≥800
생산 H2 순도(%)	KEPCO	-	≥99	정제설비(PSA 등) 생산 가스 조성 분석
	World Top	≥99	≥99

4. 기대효과 및 향후 활용방안

❏ 기대효과

○ [수익성] 온실가스(CO2)의 H2, CO 원료화 전환으로 정밀화학 제품군에 활용가능

- (예) 초산, 개미산, 아크릴산, MDI, DMC 등

○ [배출권비용 절감] 발전분야 온실가스 감축 기여, 전력사 배출권 구입 및 정산 비용 절감

○ [Spin-off 활용] 산업단지 H2, CO 생산업체 기술이전(산업부문 온실가스 배출 감축 기여)

○ [시장 창출] 파일럿 Track Record 확보, 상용규모 설계자료 구축으로 발전 및 산업분야 활용 기반 확보

○ [기술 선도] 신규 친환경 Green제품 시장 선점을 위한 기술로 발전 가능

❏ 활용방안

연구 성과	활용방안	활용시기	활용부서/업체	비고
∘촉매 및 공정 특허	기술이전, CO2 개질공정 개발	2023. 07∼	전력연구원
∘5,000톤/년 CO2 개질시스템 기본설계도	후속연구 (규모격상 실증)	2023. 07∼	기술기획처, 전력연구원, 발전사

○ CO2 개질 촉매, 복합개질 시스템 및 설계도서는 발전사 협력 대량 CO2 개질 H2 및 CO 동시생산 기술 활용연계 검토

○ CO2 개질 촉매, 복합개질 시스템 및 설계도서는 산업부분 CO2 개질 시스템 운영지원 및 생산 CO의 활용연계 검토