
다우, 188만톤 탈탄소화 … 테크닙‧란자테크, 탄소 95% 포집
스팀 크래커는 넷제로(Net Zero: 6대 온실가스 순수 배출량 제로) 전환이 기대되고 있다.
넷제로는 기후변화 대응을 위해 새롭게 등장한 개념으로 이산화탄소(CO2) 뿐만 아니라 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 등 교토(Kyoto)의정서가 규정한 6대 온실가스 순수 배출량이 제로인 상태를 가리킨다.
NCC(Naphtha Cracking Center) 등 스팀 크래커는 나프타(Naphtha), 프로판(Propane), 에탄(Ethane)을 원료로 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene), 부타디엔(Butadiene) 등 기초유분을 생산하며 분해로 내부 파이프를 천연가스로 연소시켜 가열하고 고온이 된 파이프 내부에 원료를 통과시켜 열분해하는 과정을 거친다.
그러나 공정 열원으로 메탄(Methane)을 사용함으로써 이산화탄소 배출량이 많아 석유화학산업의 주요 탄소 배출원으로 부상하며 최근 탈탄소화 트렌드와 함께 혁신이 요구되고 있다.
다우(Dow)는 캐나다 앨버타(Alberta) 포트서스캐처원(Fort Saskatchewan)에서 세계 최초의 넷제로 스팀 크래커를 건설하는 Path2Zero 프로젝트를 진행할 계획이다.
2027년 에틸렌 생산능력 기준 128만5000톤, 2029년 60만톤을 가동하는 것을 목표로 2024년부터 건설 공사를 시작하며 캐나다 정부 지원금 등을 제외하고 단독으로 65억달러(약 9조5430억원)를 투입하는 것으로 알려졌다.
기존 에틸렌 크래커와 PE(Polyethylene) 플랜트에서 배출된 가스를 수소로 변환한 후 청정연료로 사용하며 부지 내에서 이산화탄소를 포집하고 인접 사업자가 수송‧저장하도록 돕는 방안을 검토하고 있다.
다우는 Path2Zero 프로젝트가 계획대로 진행되면 글로벌 에틸렌 생산능력 중 20%를 탈탄소화하고 PE 생산능력을 200만톤 수준 확대 가능해 2030년까지 밸류체인 전체에서 10억달러 상당의 EBITDA(감가상각비 차감 전 영업이익)를 창출할 것으로 기대하고 있다.
다우는 과거 린데(Linde)의 기술을 활용해 스팀 크래커에서 배출된 가스를 수소로 변환하고 분해로용 청정연료로 다시 투입하는 프로세스를 확립한 바 있으며, Path2Zero 프로젝트에서도 린데 기술을 활용한 프로세스에 이산화탄소 포집 후 수송‧저장하는 단계까지 더함으로써 포트서스캐처원 사업장의 이산화탄소 배출량을 약 100만톤 상당 감축할 계획이다.
캐나다 서부에 위치한 포트서스캐처원 사업장은 자원량이 다른 지역보다 풍부해 충분한 코스트 경쟁력을 갖춘 현지 천연가스를 활용하고 있으며 에틸렌 뿐만 아니라 원료 에탄 역시 상당수준의 가격 우위를 확보한 것으로 평가되고 있다.
또 인근에 이산화탄소 수송 및 저장 인프라가 잘 갖추어져 있어 스팀 크래커 탈탄소화 실현이 가능할 것으로 기대하고 있다.
테크닙(Technip Energies)과 란자테크(LanzaTech)는 이산화탄소 베이스 에틸렌 생산에 도전한다.
테크닙이 메탄올(Mehanol)을 원료로 에틸렌을 생산하는 기술을, 란자테크는 이산화탄소를 포집해 에탄올(Ethanol)로 전환하는 기술을 갖추고 있어 양 기술을 조합해 에틸렌 생산용 스팀 크래커에서 배출된 이산화탄소를 원료로 사용해 다시 에틸렌을 생산하는 기술을 개발할 예정인 것으로 알려졌다.
우선 에틸렌 크래커에서 배출된 가스 중 이산화탄소를 최대 95% 포집하며 수소와 혼합한 후 란자테크의 미생물 이용기술로 포집된 탄소를 에탄올로 변환하고 마지막으로 테크닙의 허밍버드 기술로 에탄올을 에틸렌으로 탈수하는 방안을 구상하고 있다.
최근 스팀 크래커 탈탄소화를 위해 주로 신재생에너지 사용을 전제로 한 전열식 스팀 크래킹 기술 개발이 진행되고 있으나 테크닙-란자테크 기술도 새로운 방안 중 하나가 될 것으로 기대하고 있다. 테크닙은 란자테크와 2020년부터 지속가능 솔루션 개발에서 협력하고 있으며 란자테크 파생기업 란자제트(LanzaJet)와는 에탄올로 지속가능한 항공연료(SAF)를 생산하는 알코올 to 제트 프로세스에 허밍버드 기술을 이용하는데 협력하고 있다. (강윤화 책임기자: kyh@chemlocus.com)