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2018/02/07 한양뉴스 > 학술 > 이달의연구자

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[우수 R&D] 상병인 교수(화학공학과)

온실 가스 감축 도와줄 ‘Power to Gas’ 기술

유혜정

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/5IbU

내용

지구온난화 가속화에 큰 원인이 되는 이산화탄소(CO₂). 온실가스로 분류돼 있는 이산화탄소의 배출량을 줄이기 위한 연구와 대책들이 쏟아지고 있다. 잠재적인 해결책으로 지목되는 신재생에너지의 개발이 이뤄지고 있는 가운데, 한양대 상병인 교수(화학공학과)는 신재생에너지가 갖는 한계점을 고려해 신기술을 고안해냈다. ‘파워 투 가스(Power to Gas)’라 불리는 이 기술은 전력을 가스로 변환시키며 이산화탄소 감소 및 안정적인 에너지 공급에 기여한다.

 

이산화탄소를 메탄가스로, ‘생물학적 메탄화 시스템’
 
이산화탄소를 줄이기 위해 기존에 제안됐던 방법 중 하나는 ‘포집과 저장’이다. 발전소에서 나오는 이산화탄소를 잡아 땅 속이나 바다 속에 저장한다는 의미다. 흡착제 역할을 하는 기술을 이용해 이산화탄소를 달라붙게 하고, 탱크에 연결해 탈착시키는 것이 포집과 저장의 주 원리인데, 비용이 조 단위로 들만큼 비싸다. 또한, 지질학적인 이유 때문에 진행하기가 힘들다는 것이 상병인 교수(화학공학과)의 설명이다.
 
최근 정부에서는 오는 2030년까지 우리나라의 전체 전기량의 20퍼센트를 신재생에너지로부터 가져오겠다는 ‘3020 정책’을 발표했다. 하지만 신재생에너지의 공급은 불안정하다. “신재생에너지 발전소는 막대한 면적을 필요로 하고, 태양광 같은 경우에는 낮과 맑은 날에만 발전이 돼요. 풍력 또한 마찬가지로 바람이 불 때 에너지 생산이 이루어지죠.” 신재생에너지의 한계점을 보완하기 위해 상 교수는 잉여 신재생에너지를 이용해 물을 수소와 산소로 전기 분해 후, 이산화탄소와 수소를 합쳐 메탄가스를 만드는 방안을 마련했다. ‘생물학적 메탄화 시스템’이라고도 불리는 이 원리는 신재생에너지의 불균형을 해소하고 이산화탄소 배출을 감축하기 위해 개발됐다. 즉, 생물학적 메탄화 시스템은 전력에서 가스를 생산하는 ‘Power to Gas’ 기술과 같다.
 
 ▲생물학적 메탄화 시스템이 작동되는 원리를 보여주는 표 (출처: 상병인 교수)

그렇다면 왜 메탄가스로 배출시키는 것일까? “수소도 자체적인 에너지원으로 쓰일 수 있어요. 하지만 수소는 저장성이 떨어진다는 약점이 있죠. 그렇기 때문에 고가의 탱크가 필요하지만, 도시가스로도 사용되는 메탄가스는 따로 저장탱크가 필요 없어요. 땅 속 90퍼센트 정도가 도시가스 저장소이기 때문이죠.” 저장된 메탄가스는 도시가스는 물론, 압축천연가스(CNG, Compressed Natural Gas)와 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)로도 활용이 가능하다는 장점이 있다.
 
메탄가스를 생산하는 미생물
 

생물학적 메탄화 시스템에서는 미생물(Hydrogenotrophic Methanogen)이 중대한 역할을 맡는다. 물에서 자라는 이 미생물들은 30℃~40℃사이에서 자라는 ‘중온균’과 50℃~60℃사이에서 자라는 ‘고온균’으로 종류가 나뉜다. 특별한 먹이 없이 이산화탄소와 수소만 먹는 미생물들은 메탄가스를 생산해내는 특이점이 있다. 또한, 산소를 만나면 죽는 특성을 갖고 있다.
 
 ▲”오는 2022년까지는 전체 전기의 10퍼센트를 신재생에너지로부터 가져와야 할 거에요. 하지만 태양광과 풍력은 변수가 많아 지속성이 떨어진다는 것이 문제입니다.” 상병인 교수(화학공학과)는 에너지 안정화에도 도움이 되게끔 연구를 진행했다.

상 교수는 미생물들의 엄격한 선별과정에 대해서도 설명했다. “우리나라에는 화산 지대가 많지 않기 때문에, 고온성 미생물을 찾아보기가 힘들어요. 그래서 중온성 미생물들 중 고온에서 견디는 것만 골라냈어요. 그 다음, 이산화탄소와 수소만으로도 살아남는 것들만 골라냈습니다.” 선별된 미생물들은 현재 메탄가스를 성공적으로 생산해낸다. 물론 지속적으로 개량도 필요하다. 상 교수는 “전기만 먹는 미생물로 개량하는 것이 궁극적인 목표"라며 "지금은 수소가 비싸기 때문에 수소를 적게 먹이는 방법을 계속 찾고 있다.”고 말했다.
 
무결점의 에너지 시스템으로 거듭나도록
 
지난 2004년부터 연구를 진행해온 상 교수는 빠른 시일 내에 상용화가 될 것이라고 말했다. “한국과학기술연구원에 있을 당시, 이산화탄소 배출 문제가 큰 화두가 되지 않은 때여서 지지를 받지 못했었어요. 지금은 이산화탄소 문제의 심각성을 모두가 인지하고 있기 때문에 새로운 에너지 사업의 필요성이 커졌습니다.” 한국전력공사와 함께 진행하는 이 연구는 올해와 내년에 한국전력공사 실험실 내부와 중랑하수처리장에서 시험 시범을 행할 예정이다.
▲이번 연구에 함께한 대학원생들. 상병인 교수는 "이번 연구는 모두의 노력으로 이뤄낸 것"이라고 말했다.


글/ 유혜정 기자        haejy95@hanyang.ac.kr
사진/ 이진명 기자        rha925@hanyang.ac.kr
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