
일본이 이산화탄소(CO2) 베이스로 화학제품을 생산하는 프로세스 개발을 서두르고 있다.
일본 신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO)는 △카본 리사이클 및 차세대 화력발전 기술 개발 △이산화탄소 배출량 감축 및 유효이용 실용화 기술 개발 △화학제품에 대한 이산화탄소 이용 기술 개발 프로젝트를 통해 이산화탄소 베이스 P-X(Para-Xylene) 제조 프로세스 개발을 지원하고 있다.
2020년부터 4년 동안 지원하며 프로세스 상업화를 담당하고 있는 미츠비시(Mitsubishi)상사, 프로세스 개발을 맡은 일본제철(Nippon Steel) 외에 도야마(Toyama)대학, 치요다(Chiyoda) 등도 참여하고 있다.
이산화탄소와 수소를 반응시켜 P-X를 합성하기 위해서는 메탄올(Methanol)을 경유하는 간접적인 방식과 한번에 반응시키는 직접적인 방식이 거론되고 있다.
다만, 직접적인 방식은 아직 세계적으로도 개발된 바 없으며 일본은 2가지 가운데 어떠한 방식의 사업성이 더 높은지, 사업성이 있는지 판단하는 단계로 파악되고 있다.
현재 연구실 스케일에서 실용화 직전 실시하는 파일럿 시험 전 단계인 벤치 스케일로 확장한 상태이다.
일본제철, P-X 원료화 시험설비 건설 가속화
일본제철은 촉매와 프로세스 개발을 담당하고 있다.
자사 연구개발(R&D) 시설에 벤치 스케일 시험설비를 건설한 다음 개발 촉매와 프로세스의 유효성 등을 검증하는 방식으로 개발을 진행하고 있다.
촉매는 도야마대학과 공동으로 간접 방식용 메탄올까지를 산화구리계로, 메탄올에서 P-X까지를 제올라이트(Zeolite)계로 구분해 개발할 계획이다.
프로세스 개발을 위해서는 간접방식 도입을 검토하고 있다.
일본제철엔지니어링(Nippon Steel Engineering)과 공동으로 치바(Chiba) 소재 기술개발센터에 20-30평방미터급 시험설비를 건설하고 반응용기의 형태와 반응온도 일정화, 생성물 회수방법 등 프로세스 최적화를 위한 연구를 진행하고 있으며. 2021년까지 시험 가동해 데이터를 축적할 계획이다.
직접방식은 치요다가 담당하고 있다.
제철은 일본 제조업 가운데 이산화탄소 배출량이 가장 많고 철을 추출할 때 필요한 석탄 대체재를 개발해 배출량 제로(Zero Emmition) 실현을 목표로 하고 있으나 상당기간이 걸릴 것으로 예상되고 있다.
일본제철은 배출량 제로 실현까지 걸리는 시간을 과도적 기술이라고 명명하고 제철 프로세스에서 배출된 이산화탄소를 화학제품 제조용으로 사용하는 프로세스 개발에 집중하고 있다.
P-X 뿐만 아니라 도야마대학과 공동으로 올레핀 직접 합성, 미츠비시가스케미칼(Mitsubishi Gas Chemical)과 탄산에스터 합성 등도 추진하고 있다.
원료로 사용할 이산화탄소 회수능력을 향상시키는 방법도 고심하고 있다.
일본제철엔지니어링과 함께 아민 등 알칼리 수용액을 흡수액으로 사용해 화학반응을 수반하는 분리회수 기술을 개발했고 무로란(Muroran) 제철소에 도입해 하루 120톤 정도를 회수하고 있다.
NEDO, 실증연구센터 설립해 지원
카본 리사이클은 공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 회수해 화학제품이나 연료 등으로 재이용하는 방법으로 일본 경제산업성이 2019년 6월 카본 리사이클 기술 로드맵을 설정하고 기술개발을 추진하기 위한 방침을 제시하면서 본격화되고 있다.
2020년 1월에는 혁신적 환경 이노베이션 전략에서 카본 리사이클 기술 연구센터를 히로시마(Hiroshima)의 오사키카미지마(Ohsakikamijima)에 설립하기로 결정했고, NEDO 역시 여러 프로젝트를 추진하면서 카본 리사이클 기술 정립에 속도를 내고 있다.
최근에는 P-X 분만 아니라 이산화탄소를 탄산염이나 콘크리트제품으로 고형화해 이용하는 기술을 개발하는 작업에 착수한 것으로 알려졌다.
2020년 8월에는 경제산업성의 혁신적 환경 이노베이션 전략에 맞추어 카본 리사이클 기술 실증연구센터를 주고쿠(Chugoku)전력 오사키발전소에 설치하고 5개의 연구를 진행하고 있다.

이산화탄소를 유효하게 이용하는 콘크리트 및 화성제품 제조 프로세스, 균류를 이용한 이산화탄소 고정화 기술 연구개발이 중심이며 2020-2024년 추진하고 60억엔을 투자할 방침이다.
NEDO는 오사키발전소에서 석탄가스화 연료전지 복합발전(IGFC)과 이산화탄소 분리‧회수 기술을 조합한 석탄화력발전 실증 사업인 오사키 크루젠 프로젝트를 실시해왔으며 앞으로는 프로젝트에서 확보한 이산화탄소를 활용해 세계 최첨단 기술과 실용화가 임박한 기술을 일원적으로 연구개발하는 환경을 조성함으로써 카본 리사이클 기술 정립에 박차를 가할 방침이다.
새로 채택한 연구주제는 오사키발전소의 정비‧운영과 관련된 것이며 오사키발전소에서 이산화탄소를 유효하게 이용할 수 있는 기술 개발과 관련된 2가지로 나누어 구성했다.
이산화탄소 유효이용 거점화 추진 사업은 오사키 크루젠에, 기초연구거점 정비 및 연구 지원 최적화 검토‧실시 사업은 2022년 완공을 앞두고 있는 석탄에너지센터에 위탁했다.
석탄에너지센터에서는 이산화탄소를 유효하게 이용하기 위한 연구개발을 추진하면서 이산화탄소 매출량 감축 효과와 경제성을 평가하는 3가지 연구를 진행한다.
이산화탄소를 유효하게 이용하는 콘크리트 및 화성제품 제조 프로세스는 주고쿠전력, 가시마(Kashima), 미츠비시상사가 진행하고, 카본 리사이클을 지향한 화성제품의 선택적 합성 기술 연구개발 프로젝트는 가와사키중공업(Kawasaki Heavy Industries), 오사카(Osaka)대학과 진행하며, GTL(Gas to Liquids) 바이오 프로세스 개발은 히로시마대학, 주고쿠전력이 위탁받아 진행한다.