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Nikkei X-TECH_2022.10.20

CEATEC 2022
도시바, 세계 최고 효율의 CO2 자원화 장치 개발
2026년까지 항공연료 양산 추진

도시바는 전시회 ‘CEATEC 2022’(마쿠하리메세 전시장, 10월 18~21일 간 전시)에 CO2를 물과 함께 전기분해해 일산화탄소(CO)와 산소를 생산하는 Power to  Chemicals(P2C)용 CO2 전해 셀 스택의 대형 모듈(모형)을 전시했다.

도시바가 개발한 CO2 전해 셀 스택으로는 최대급으로, 연간 75톤의 CO를 생산할 수 있다고 한다. 2020년 가을 시점의 기술로는 소형 모듈 하나로 연간 1톤 이하의 CO를 생산할 수 있었다.

이 CO2 셀 전해는 전력이 태양광 발전을 이용한 것일 경우 인공 광합성의 일종이라고도 말할 수 있다. 연료와 산소로부터 전력과 물을 빼내는 고체 고분자 전해질막(PEM)형 연료전지(PEFC)의 역 프로세스이기도 하다. 전력을 CO로 변환할 때의 전자 이용 효율인 ‘패러데이 효율(Faraday efficiency)’은 97% 이상으로, “PEM형 전해로서는 세계 최고 수준이다. 연료전지를 개발하고 있기 때문에 가능했다”(도시바)라고 한다.

이번 대형 모듈은 약 150층. 이것도 일반적인 연료전지와 같은 수준이라고 한다. 2024년에는 이것을 3대(그 중 1대는 예비)의 컨테이너에 넣은 CO2 전해 장치의 프로토타입을 통해 연간 150톤 규모 CO의 시험적 생산을 목표로 하고 있다. 늦어도 2026년까지는 상업화할 계획이다. 2030년에는 이 셀 스택을 다수 이용한 사방 20m의 CO2 전해 시스템으로 연간 수 만 톤의 CO 생산을 목표로 한다고 한다.

-- ‘원료’는 거의 공짜 --
‘원료’에는 제철소에서 코크스를 사용한 선철의 제조 프로세스로부터 배출되는 CO2를 이용하는 것을 상정하고 있다. “제철 프로세스에서는 코크스 대신에 수소를 사용하는 프로세스가 최근 화제가 되고 있지만, 기술적으로는 아직 발전 단계로, 코크스를 완전히 대체할 수 있게 되는 것은 2050년경이 될 것으로 보인다. 그때까지는 코크스가 CO2의 공급원이 될 것으로 전망한다”(도시바)라고 한다.

제철소의 입장에서도 비용을 거의 들이지 않고 CO2의 실질적인 배출량을 줄이기 위한 방편이 된다. 즉, 이 CO2 전해를 위한 CO2의 조달 코스트는 거의 공짜인 것이다. 마이너스 가격, 즉, 회수 시 요금을 다소 지불 받을 가능성도 있다.

생산한 CO는 수소와 혼합 후 피셔-트롭슈(FT)법을 이용해 올레핀이라 불리는 탄화수소 사슬을 합성하는데 이용한다. 이것은 인공등유라고도 불린다.

-- 바이오 연료만으로는 부족하다 --
도시바가 대량 생산하는 인공등유의 상정 용도는 제트연료이다. 이미 항공업계와 상사 사이에선 지속가능한 항공연료(SAF) 쟁탈전이 시작되었다. 현시점에서는 해조류나 폐유 등 바이오 기반 재료로 만든 SAF가 주류이지만, “그것만으로는 향후 필요한 양에는 전혀 미치지 못할 것이다”(도시바)라고 한다.

이 때문에 올레핀 생산 비용에 경쟁력이 있으면 수요 자체에는 어려움이 없을 것이다. 과제는 그 가격을 크게 좌우하는 재생 가능 에너지의 전력 코스트이다.

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