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도요ENG, 전기화 가열기술 개발 … 바스프, 지멘스와 실용화 협력

NCC(Naphtha Cracking Center)는 저탄소화 기술 개발이 본격화되고 있다.
도요엔지니어링(Toyo Engineering)은 나프타(Naphtha) 분해 프로세스 저탄소화를 위해 열원에서의 이산화탄소(CO2) 프리화를 가능케 하는 전기화 가열 기술과 암모니아(Ammonia) 소각과 관련된 2건의 실증 프로젝트에 참여하고 있다.
2027-2030년경 실용화해 석유화학 프로세스의 이산화탄소 배출량을 대폭 감축하는 것을 목표로 하고 있으며 석유화학 원료용 폐플래스틱 베이스 나프타 제조기술도 개발할 방침이다.
에틸렌(Ethylene) 생산에서 발생하는 이산화탄소는 석유화학 전체 배출량의 약 35% 수준이며 대부분 원료 열분해 공정에서 발생하고 있다. NCC는 이산화탄소 배출계수가 1.4 정도이며 2040년까지 세계적으로 약 3억톤의 에틸렌이 생산되면 이산화탄소 배출량이 4억2000만톤에 달할 것으로 추산되고 있다.
일본은 2020년 에틸렌 생산에 따른 이산화탄소 배출량이 840만톤에 달한 것으로 나타났다.
도요엔지니어링은 일본 신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO)의 글로벌 실증 프로젝트인 에틸렌 크래커의 전기화 기술 실용화(2021년)와 그린이노베이션기금 사업인 암모니아 연료를 사용한 크래커 실용화 프로젝트(2021-2030년) 등에 참여하고 있다.
크래커 전기화 기술은 통전 가열 및 전자유도 가열 방법이 있으며 도요엔지니어링은 기존 크래커 구조를 활용하며 전열장치를 부가하는 방법을 검토하고 있다.
타이에서 실증요건 적합성 조사를 위탁했으며 경제성 평가, 재생에너지 조달 가능성, 생애주기에서의 이산화탄소 감축 효과 등을 조사하고 있다. 초기 1년 동안 실증 전 조사를 진행하고 이후 2년 동안 실증시험을 수행해 4년 후 e-furnace 브랜드로 사업화가 가능할 것으로 예상하고 있다.
암모니아 연료 크래커 실용화 프로젝트는 미쓰이케미칼(Mitsui Chemicals)이 주도하고 있으며 마루젠석유화학(Maruzen Petrochemmical)과 소지츠기계(Sojitz Machinery) 등도 참여하고 있다.
소지츠기계가 NCC에 적합한 암모니아 버너를 개발하면, 도요엔지니어링이 암모니아 버너에 적합한 소형 크래커를 설계하고 최종적으로 수만톤급의 실증 크래커를 가동해 성능을 확인할 예정이다.
도요엔지니어링은 세계적으로 48기의 에틸렌 크래커를 건설했고 최근 20년 동안 시장점유율이 평균 9%로 파악되고 있다.
전기화 기술은 재생에너지 자원이 풍부한 유럽‧미국과 중동, 아시아에서, 암모니아 연료는 도입이 기대되는 일본 등 아시아 수요를 예상하고 기존 크래커 개‧보수를 제안하고 있다.
친환경 원료 개발을 위해서는 타이 SCG Chemicals과 폐플래스틱 유화 및 나프타 제조기술 개발에 나섰다.
SCG Chemicals의 자회사 Circular Plas가 보유하고 있는 유화기술은 촉매를 사용해 에너지를 절감하며 폐플래스틱을 석유화학 원료로 재활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. Circular Plas 기술을 채용해 가동하고 있는 크래커는 생산능력이 4000톤이며 도요엔지니어링이 수만-10만톤 수준으로 스케일업할 예정이다.
유럽에서는 바스프(BASF)가 저탄소화 기술 상용화에 총력을 기울이고 있다.
바스프는 이산화탄소 배출량 감축을 위해 지멘스에너지(Siemens Energy)와 전략적 파트너십을 체결하고 독일 루트비히스하펜(Ludwigshafen) 공장에서 저탄소 기술 실용화를 위한 파일럿 프로젝트를 진행하고 있다.
수소 생산과 히트펌프·전력망 갱신을 진행해 2030년까지 이산화탄소 배출량 절대치를 늘리지 않으면서 성장하는 CO2 Neutral Growth 목표 달성에 박차를 가할 방침이다. 2030년까지 이산화탄소 배출원단위 기준인 2018년 배출량의 약 30%를 감축해야 달성할 수 있어 관련 기술 상용화가 시급한 것으로 판단하고 있다.
수소 제조와 에너지 효율화 분야에서 전문성을 갖춘 지멘스에너지와의 협력을 통해 초기단계에 머무르고 있는 저탄소 기술 실용화에 속도를 낼 방침이다.
파일럿 프로젝트로 모듈 방식을 취해 용량 확장이 가능한 50MW급 고체 고분자막(PEM)형 수전해 장치를 건설하고 생산설비에서 나온 폐열로 증기를 생성하는 50MW급 고온 히트펌프 설치, 지멘스의 디지털 기술을 사용한 전력망 근대화 등을 추진한다.
PEM형 수전해 장치는 효율을 높이기 위해 공통 시스템과 촉매 컨버터 등도 개발할 예정이며 풍력발전 분야에서도 협력하는 방안을 검토하고 있다.
에어리퀴드(AirLiquid)도 저탄소화 파트너로 지멘스에너지를 선정하고 PEM형 수전해 장치 관련 노하우를 공유하기로 합의했고, 대규모 수소 프로젝트를 추진해 독일‧프랑스를 중심으로 한 유럽에서 전해조 양산화를 위한 기반을 다지고 차세대 전해조 기술을 공동으로 개발할 예정이다. (P)