지멘스-테크닙, ROC 공동개발 … Coolbrook, 2022년 파일럿 가동

지멘스에너지(Siemens Energy)가 회전식 올레핀 크래커(ROC)를 개발한다.
지멘스에너지는 프랑스 테크닙(Technip Energies)과 함께 로터로 나프타(Naphtha)의 흐름을 가속화함으로써 얻은 열을 이용해 나프타에서 에틸렌(Ethylene)과 프로필렌(Propylene)을 생산하는 회전식 올레핀 크래커 ROC를 개발할 계획이다.
동력원으로 모터나 수소연소 가스터빈을 사용하고 재생가능에너지와 조합해 탈탄소화를 도모한다.
지멘스에너지는 보레알리스(Borealis), 토탈에너지(Total Energies), BP 등이 스팀 크래커의 전기화를 목적으로 조직한 Cracker of the Future(CoF) 컨소시엄을 통해 실증실험을 추진할 방침이다.
에틸렌, 프로필렌 등 올레핀은 나프타 열분해를 통해 생산하고 있으나, 천연가스를 고온으로 연소한 다음 섭씨 750-850도로 가열하는 방식으로 추출해 화학산업의 주요 이산화탄소(CO2) 배출원으로 지목되고 있다.
최근에는 탈탄소를 위한 차세대 분해로 개발을 위해 재생가능에너지 베이스 전력을 사용해 파이프를 가열하는 방식이 주류를 이루고 있다.
지멘스와 테크닙은 정적인 기존 분해로에서 벗어나 동적인 분해 반응 시스템인 ROC를 개발함으로써 탈탄소화를 추진하고 있다.
로터로 나프타의 유속을 빠르게 만들고 분자 운동 에너지로부터 전환한 열로 나프타를 분해하는 방식을 고안했으며 올레핀 수율 향상이 가능할 것으로 기대하고 있다.
동력원으로 모터와 수소연소 가스터빈을 채용하면 재생가능에너지 베이스 전력이나 수소로 움직일 수 있어 탈탄소화에도 도움이 될 것으로 판단하고 있다.
지멘스와 테크닙은 ROC 기술 개발부터 상업화, 라이선스까지 모두 공동으로 진행할 예정이다.
현재 실험실에서 분해기술 기초검증을 추진하고 있으며 2022년 상반기에는 첫 프로토 타입 분해장치를 공개하고 실제 사업장에서 시험할 수 있을 것으로 예상하고 있다.
로터를 활용하는 동적인 방식은 Coolbrook이 네덜란드의 국제적 오픈 이노베이션 커뮤니티인 Brightlands Chemelot Campus에서 2022년 4월부터 파일럿 프로젝트를 개시할 예정이다.
Coolbrook은 핀란드에서 설립돼 2020년부터 네덜란드 사업을 추진하고 있는 기술개발 전문기업이며 로터를 이용해 반응기 내부의 나프타 유속을 음속을 넘어설 만큼 빠르게 만들고 충격파로 운동에너지를 열로 변환하는 기술을 보유하고 있다.
CoF 컨소시엄은 전기를 활용한 가열기술을 평가한 결과 실증실험 대상으로 ROC 기술을 선택했고 참여기업 플랜트에서 실증실험을 진행하는 방안을 검토하고 있다. 지멘스, 테크닙과는 양해각서(MOU)를 체결했다.
CoF는 유럽을 본거지로 하는 보레알리스, BP, 렙솔(Repsol), 토탈, 베르살리스(Versalis) 등 5사가 참여하고 있는 에틸렌 제조 프로세스 전기화 기술 개발 컨소시엄으로 2023년 실증실험을 시작하고 이르면 2026년 상업가동이 가능할 것으로 기대하고 있다.
유럽은 에틸렌 생산과정에서 연간 3000만톤의 이산화탄소가 발생해 유럽 화학산업이 배출하는 온실가스 총량의 20-30%가 에틸렌 생산에 따른 것으로 파악되고 있다.
바스프(BASF)와 사빅(Sabic), 린데(Linde)는 분해로를 전기로 가열하는 방법을 통해 바스프 본사가 소재한 독일 루트비히스하펜(Ludwigshafen)에서 실증설비를 가동하는 것을 목표로 협력하고 있다.
대규모 분해로에 개발기술을 도입하면 기존 분해로보다 이산화탄소 배출량을 최대 90% 감축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
다우케미칼(Dow Chemical)과 쉘(Shell)도 2025년까지 수MW 수준의 시험설비를 가동할 계획이다. (강윤화 선임기자)