이동식탄소포집

수송 기술

내연기관의 환경적 영향을 줄이기 위한 아람코의 노력

  • 아람코의 기술은 모두를 위한 저탄소 수송을 제공할 수 있는 잠재력 보유
  • 아람코는 2010년에 이동식탄소포집 기술개발 시작
  • 이산화탄소를 배출원에서 포집하고 대기 중 배출 방지
  • 승용차와 픽업트럭에서 실증 성공, 트럭에 대한 검증 진행 중; 다음 중점 분야는 해상수송

140여 년 동안 내연기관은 승용차, 트럭, 선박, 항공기 및 기차를 통해 전 세계의 수십억 명 사람들, 상품 및 자재를 수송하며 지구의 심장박동 역할을 했습니다. 전세계 더 많은 국가들이 빈곤에서 벗어나면서 더 많은 에너지를 소비하고 있기 때문에, 미래에도 이러한 역할을 지속할 것 입니다.

현재 추정에 따르면 2040년 내연기관 차량의 수는 17억 대에 이를 전망입니다. 이는 특히 이산화탄소 배출과 임박한 탄소중립 목표 달성 측면에서 천연자원과 환경에 큰 도전과제를 수반합니다.

그렇다면 차량 성능에 미치는 영향을 최소화하면서, 합리적인 비용으로 배출을 저감하는 실용적인 솔루션을 개발하는 방법은 무엇일까요?


고효율 엔진은 시작에 불과

차량의 효율을 높이는 방법은 다양합니다.

차량의 중량을 줄이고 공기 역학을 개선하여, 항력을 낮추고 엔진의 마찰을 줄이는 방법 등이 있습니다. 이러한 방법이 효과를 낼 수 있겠지만, 아람코는 이산화탄소 저감 측면에서 훨씬 더 큰 도약을 실현한다는 목표를 설정했습니다.


아이디어 구체화

이산화탄소를 배출원에서 포집하는 기술은 발전소 등의 산업 환경에서 이미 한동안 존재해 왔습니다. 그러나 이동 중에 탄소를 포집하는 것은, 물리적 제약 및 차량 내 상대적인 공간 부족부터 차량 이동시 발생하는 가변 공기흐름과 같은 외부 요인을 처리하는 것까지 여러가지 복잡한 도전과제를 수반합니다.

배출가스에서 이산화탄소를 분리하기 위해 필요한 추가 에너지를 어떻게 생성할 것인지가 관건입니다. 특히 추가 연료를 사용하게 되면 운전자에게 더 많은 비용이 발생하고, 결과적으로 더 많은 이산화탄소를 배출하게 됩니다.

기존 '폐' 에너지의 재사용

일반적으로 엔진은 연료 에너지의 25~40%를 추진력으로 전환합니다. 나머지는 라디에이터와 배출을 통해 열의 형태로 손실됩니다. 아람코는 이 폐열을 에너지로 전환하여 이산화탄소 포집과 압축기 가동에 동력을 공급하는 획기적인 에너지회수시스템을 개발했습니다.

아람코의 탄소포집시스템은 이 배출가스를 용제와 반응시켜 이산화탄소를 포집하는 방식이며, 이 과정에서 질소, 수증기, 잔여 이산화탄소가 방출됩니다. 그리고 이산화탄소를 압축하여 차량 내 탱크에 안전하게 저장합니다.


4R

대기 중의 이산화탄소를 제거하는 것은, 탄소순환경제의 일부로서 인간과 지구의 균형을 회복하는데 기여하는 '4R' (감축, 재사용, 재활용, 제거) 중 하나입니다.

포집된 이산화탄소는 안전하게 하차되어 트럭이나 파이프라인을 통해 수송됩니다. 현지 여건에 따라 땅속에 격리되거나 다양한 상업 및 산업 용도로 사용될 수 있습니다.

예를 들어, 아람코의 혁신 기술 Converge®를 통해 이산화탄소를 접착제, 코팅, 엘라스토머 및 실란트와 같은 고부가가치 폴리머로 전환할 수 있습니다. 그리고 아람코는 재생에너지를 활용하여 이산화탄소를 연료로 전환하는 혁신적인 방법을 개발했으며, 또한 이산화탄소를 시멘트 양생에도 활용합니다.

실현가능 프로토타입 개발

2010년 아람코는 액체 흡수, 고체 흡착제, 초저온, 멤브레인 및 순산소 연소를 포함하는 다양한 이산화탄소 포집기술을 개발하기 시작했습니다. 이 중에 우리는 고체 흡착제를 실현가능 프로토타입 개발에 사용하기로 결정했습니다. 고체 흡착제는 크기와 경직성 측면에서 일부 단점이 있었지만, 우리는 1년간의 개발을 거쳐 2011년에 탄소포집시스템을 포드 F-250 픽업트럭에 성공적으로 적용하고 이산화탄소 포집률 10%를 달성했습니다.

우리의 판단이 맞았다는 것이 입증되었고, 이제 도전과제는 시스템을 더 작고 더 효율적으로 만드는 것이었습니다.


다음 단계: 승용차

일반적인 직관과 상반될 수 있지만, 소형 엔진은 대형 엔진보다 비효율적입니다. 소형 엔진은 더 많은 폐열을 발생시키며, 이는 이산화탄소 포집 및 압축에 사용될 에너지가 더 많은 것을 의미합니다.

2013년 아람코는 액체 용제 (탄산칼륨용액) 방식으로 전환하여, 전체 시스템의 크기를 8분의 1로 축소하고 시스템 대부분을 토요타 캠리 차량의 섀시 하부에 배치했습니다. 그 결과 성능이 3배 향상되어 차량 운행 중 발생한 이산화탄소 배출의 30%를 포집할 수 있었습니다.

대형트럭

우리는 화물운송 산업에서 아람코의 이동식탄소포집 기술이 보유한 잠재력을 인식했습니다. 특히 트럭은 일반적으로 운행이 끝난 후 차고지로 복귀하기 때문에 차량에 저장된 이산화탄소를 쉽게 하차할 수 있습니다.

이에 따라 2019년 아람코는 클래스8 볼보 대형트럭에 탄소포집시스템을 적용하는 연구를 시작했습니다. 승용차 프로토타입과 원리는 동일하지만, 운전석과 트레일러 사이에 훨씬 더 큰 시스템이 배치되었습니다. 아람코는 아미노산 기반의 새로운 용제시스템을 개발했으며, 터보 컴파운딩을 활용하여 엔진에서 에너지를 회수했습니다. 그 결과 트럭 이산화탄소 배출 포집률 40%라는 현재까지 최고의 성과를 달성했습니다.


화물운송 산업 리이미징

현재 도로 화물운송에서 발생하는 이산화탄소 배출이 전체 수송배출의 3분의 1 이상을 차지합니다.

전 세계 모든 대형트럭에 아람코의 이동식탄소포집 기술이 적용된다고 상상해 보십시오. 연간 최대 7억 8백만톤의 이산화탄소 배출이 저감되며, 이는 나무 1,200억 그루를 새로 심는 것과 같은 효과입니다.


미래 – 해양 탄소포집

전 세계 이산화탄소 배출의 2.1%가 해상운송에서 발생하는 것으로 추정됩니다. 선박은 자동차보다 수천 톤의 연료를 더 소비하지만, 탄소포집 기술 관련 과학은 동일하며, 규모의 문제입니다.

국제해사기구 (IMO)는 2050년까지 온실가스 배출을 2008년 수준 대비 50% 이상 감축한다는 목표를 갖고 있습니다. 그리고 아람코는 대형 선박에 적용하기 위한 기술을 개발하기 위해 업계 파트너들과 협력을 시작했습니다.