
쿨브룩, 2024년부터 실제 분해로에서 실증 … 고속 로터로 고수율화
네덜란드 스타트업 쿨브룩(Coolbrook)이 스팀 크래커 전기화에 속도를 내고 있다.
스팀 크래커는 나프타(Naphtha)나 프로판(Propane), 에탄(Ethane)을 원료로 에틸렌(Ethylene) 등 기초화학제품을 생산하며, 천연가스를 연소시켜 분해로 내부 파이프를 가열하고 원료를 통과시켜 열분해하기 때문에 이산화탄소(CO2) 배출량이 많은 문제가 부각되고 있다.
바스프(BASF) 등 글로벌 메이저들이 전기로 분해로를 가열하는 작업에 도전하고 있으나 섭씨 750-800도에 달하는 고온이 필요해 기술 개발이 쉽지 않은 것으로 알려졌다.
하지만, 쿨브룩이 개발한 RDR(Roto Dynamic Reactor) 기술은 상용화 가능성이 높은 것으로 평가된다.
RDR은 고속으로 회전시킨 로터를 이용해 나프타 등 원료 흐름을 음속 이상으로 가속한 다음 다시 감속시켜 충격파가 발생하면 충격파가 연동에너지를 열에너지로 전환하는 원리를 활용해 원료를 분해 가능한 수준으로 가열시키는 기술이다.
올레핀 수율이 높고, 특히 에틸렌은 최대 20% 향상되는 것으로 알려졌다.
2022년에는 파트너 쉘(Shell)과 함께 네덜란드 국가 연구기지인 Brightlands Chemelot 캠퍼스에서 대규모 파일럿 시험에 성공했으며 2024년부터 실제 가동하고 있는 석유화학 설비에서 실증을 진행할 계획이다.
2022년 11월 브라스켐(Braskem)의 생산기지에서 대규모 실증을 진행하기로 합의했으며 2023년 3월에는 사빅(Sabic)과도 파트너 협약을 체결했다. 사빅은 쿨브룩이 네덜란드에서 진행한 실증 결과를 평가하고 자체 생산기지에 도입하는 방안을 검토할 계획이다.
린데엔지니어링(Linde Engineering)과는 기존 플랜트에 도입할 수 있을지 확인 작업을 진행한다.
쿨브룩이 RDR 유닛과 전동구동 시스템, 1단계 냉각장치 등으로 이루어진 패키지를 공급하면, 린데엔지니어링이 다운스트림 프로세스와 통합을 추진하는 것으로 알려졌다.
린데엔지니어링은 에틸렌 생산용 스팀 크래커와 관련된 기술 전체와 엔지니어링, 조달, 건설 분야에서 풍부한 수주실적을 확보하고 있어 스타트업인 쿨브룩이 상업화 단계로 나아갈 때 가장 강력한 파트너가 될 것으로 기대되고 있다.
RDR은 로터로 올레핀을 생산하기 위해 전기로 외부를 가열하는 일반적인 방법보다 수율과 에너지 절감 효율이 우수하나 자본 코스트가 높고 취급이 어려워 해결해야 할 과제가 되고 있다.
쿨브룩 외에는 바스프와 사빅, 린데(Linde)가 3사 합작으로 스팀 크래커 전기화 프로젝트를 추진하고 있다.
독일 루트비히스하펜(Ludwigshafen) 소재 바스프 본사 페어분트(Verbund)에 실증설비를 건설해 2023년 가동을 목표로 하고 있으며, 전력을 사용하는 직접가열과 간접가열 2가지 방식을 모두 테스트할 수 있도록 설계한 것으로 알려졌다.
직접가열은 반응기 내부의 프로세스 튜브에 전류를 직접 흘려 분해에 필요한 열을 발생시키고, 간접가열은 프로세스 튜브 주변에 설치한 발열체 방사열을 이용해 가열하는 방식이다.
다우(Dow)와 쉘은 2022년 쉘의 암스테르담(Amsterdam) 사업장에서 에틸렌 생산용 전열 분해로 실험 유닛 가동에 성공했다. 현재 투자 지원을 전제로 메가와트(MW) 수준의 파일럿플랜트를 설계하고 있으며 2025년경 가동할 예정이다.
보레알리스(Borealis), BP, 라이온델바젤(LyondellBasell), 토탈(Total Energies), 베르살리스(Versalis), 렙솔(Repsol)이 참여하는 Cracker of the Future 컨소시엄은 지멘스(Siemens Energy), 테크닙(Technip Energies)이 공동 개발한 회전식 올레핀 크래커(ROC: Rotating Olefins Cracker) 기술의 실증실험을 진행할 예정이다.
쿨브룩의 RDR과 비슷하게 로터로 원료를 가열해 고열을 내는 방식이며 동력원으로는 모터와 수소 연소 가스터빈을 사용하는 것으로 알려졌다. 2026년경 상용화를 목표로 하고 있다. (강윤화 책임기자)