탄소포집 시스템 개발회사인 ESG 클린에너지(ESG Clean Energy, LLC)는 3월 4일(현지시각) 특허받은 수분 제거 시스템(Water Removal System)의 테스트 결과 99% 이상의 수분 제거율을 달성했다고 밝혔다. 

화석 연료 발전 배출로 인한 건조 수준에 도달 시 현재 사용되는 고비용 및 에너지 집약적 액체 흡착기 대신 에너지 효율적인 고체 흡착제를 사용해 이산화탄소를 포집할 수 있다.

이번 효율 달성은 시스템의 온도와 압력 차이를 모두 증가시켜 전례 없는 배기 건조 수준을 가능케 했다. 이러한 개발을 통해 대·소규모 직접탄소포집(Direct Carbon Capture)을 보다 실행 가능하고 비용 효율적인 방식으로 수행할 수 있다. 이번 테스트는 지역 전력망에 서비스를 제공하는 홀리요크(Holyoke)에 있는 ESG 클린에너지의 4.4㎿ 규모 가스 발전소에서 수행됐다.

닉 스쿠데리(Nick Scuderi) ESG 클린에너지 회장은 "99% 이상의 수분 제거율에 도달하는 것은 본질적으로 배출량을 건조하게 만드는 것"이라며 " 저비용의 에너지 효율적인 고체 흡착제를 사용해 건조된 배출물로 훨씬 더 쉽게 이산화탄소를 포집할 수 있다"고 말했다.

이번 개발은 소대형 발전소부터 운송 산업에 이르기까지 모든 유형의 화석연료 엔진에 이 기술을 적용할 수 있는 보다 명확한 방법을 제시한다.

ESG 클린에너지는 계획된 모든 시설에서 이 기술을 구현할 계획이며, 캐나다 전역 및 미국 내 여러 지역에 대해 캠버 에너지(Camber Energy)의 자회사에 이 기술을 허가했다.

이 시스템은 이산화탄소를 포집하기 위해 처리되기 전에 배기 흐름을 처리해 수증기를 제거하며, 고유한 기계적 냉각 시스템에 통합된 고급 세라믹 멤브레인으로 구성된다. 해당 기술 사용 시 이산화탄소를 포집하는 데 비용이 적고 에너지 효율적이다. 대소형 시스템 모두에서 사용할 수 있도록 설계됐으며, 현재 운영 중인 발전소에 개조할 수 있다.

화석연료 배출부터 이산화탄소를 포집하는 것은 역사적으로 비싸고 에너지 집약적인 과정을 거쳐 왔다. 화석연료의 배출은 질소, 산소, 이산화탄소, 질소산화물, 일산화탄소, 수증기 등 기체의 혼합물로 구성된다.

이러한 기체 혼합물에서 이산화탄소를 분리해 포집하는 것은 어려울 수 있다. 하지만 수증기를 제외하고는 다른 기체를 흘려보내면서 선택적으로 이산화탄소를 부착하거나 반응시키는 물질이 개발됐다.

물은 연소의 부산물이므로 배기 증기에 들어간다. 화석연료가 연소될 때 열과 이산화탄소, 물을 만든다. 이러한 가운데 탄소포집 과정을 방해하는 것은 물 분자였다. 몇몇 과학적인 연구는 어떻게 물이 이산화탄소 포집에 부정적인 영향을 미치는지를 밝혔다. 

예를 들어, ETH 취리히 공정공학연구소(ETH Zurich Institute of Process Engineering)와 스탠포드대학교(Stanford University)에서 수행된 한 연구에 따르면 모든 탄소포집 과정에서 공급되는 증기에는 수증기가 포함돼 있어 탄소흡착과 관련된 메커니즘을 방해한다.

또 다른 예로, 『어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials)』에 게재된 한 연구에 따르면, 물이 있는 상태에서 탄소를 물리적으로 흡착하는 것은 도전에 가깝다. 해당 연구에서는 "물의 근본적인 성질은 일반적으로 이산화탄소와 비교할 때 표면에 훨씬 더 많이 부착된다"고 설명했다.

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ESG Clean Energy Reaches New Milestone of Over 99% Efficiency in Its Carbon Capture, Water Removal System

Achieving dry exhaust enhances and simplifies carbon capture

WEST SPRINGFIELD, Mass. – (Mar. 4, 2024) – ESG Clean Energy, LLC, developers of power generation/carbon capture systems with a nearly Zero Carbon output, announced today that results from continued testing of its patented water removal system exceeded a water removal rate of over 99 percent. Reaching this level of dryness from fossil fuel power generation emissions enables the better use of energy-efficient solid adsorber materials to capture carbon dioxide instead of the high cost and energy intensive liquid adsorbers currently in use today.

This major technical milestone was achieved by increasing both the systems’ temperature and pressure differentials, enabling unprecedented exhaust dryness levels. This development makes it possible to conduct large- and small-scale direct carbon capture in a more viable and cost-effective manner. Testing was conducted at the company’s 4.4MW gas-powered power generation plant in Holyoke that serves the local electrical grid.

“Reaching over 99% water removal is essentially making the emissions bone-dry,” said Nick Scuderi, President of ESG Clean Energy, LLC. “With exhaust that dry, we believe capturing carbon dioxide can be done so much easier using low-cost and energy efficient solid adsorbers.

This development provides a clearer path to applying this technology to all types of fossil fuel engines – from small and large power plants to the transportation industry.”

ESG Clean Energy plans on implementing this technology across all its planned facilities and has licensed the technology to a subsidiary of Camber Energy (NYSE (Amex): CEI) for all of Canada and multiple locations in the United States.

How it Works

ESG Clean Energy’s system treats the exhaust stream to remove the water vapor before it is treated for capturing CO2. This patented system consists of an advanced ceramic membrane that has been incorporated into a unique mechanical cooling system. With this technology, capturing carbon dioxide becomes both low cost and energy efficient. It is designed to be used on both large and small systems and can be retrofitted onto current operating power plants.

Capturing carbon dioxide (CO2) from fossil fuel emissions has historically been an expensive and energy intensive process. Fossil fuel emissions consist of a mixture of gases such as nitrogen, oxygen, carbon dioxide, nitrogen oxides, carbon monoxide, and water vapor.

Separating and capturing the carbon dioxide in a gas mixture like this can be difficult. However, there are materials that have been developed that will selectively attach or react with the CO2 while letting the other gases pass by – except for the water vapor.

Water gets in the exhaust steam because it is a byproduct of combustion. When fossil fuel burns, it makes three things: heat, carbon dioxide, and water. The historical challenge has been water molecules interfering with the carbon capture process. Several scientific studies have shown how water negatively affects CO2 capture. For example, a study done by ETH Zurich Institute of Process Engineering and Stanford University stated, “In all carbon capture processes the feed steam contains water vapor, which interferes with the mechanisms involved in the adsorption of CO2.”

Another example is a study published in Applied Materials on the Challenge of Water Competition in Physical Adsorption of CO2 stated, “The option to physically adsorb CO2 in the presence of water is challenging.”

That same study also stated, “The fundamental nature of water typically renders it much more attached to surfaces, and to itself, when compared to CO2.”

[출처=ESG Clean Energy(https://esgcleanenergy.com/media/) / 2024년 3월 4일]

[번역 = 방호윤 기자]