1. Pre-combustion
Pre-combustion 기술은 이산화탄소 포집을 위해서, 화석연료를 연소하기 전 처리하는 기술입니다. 화석연료를 가스화과정(gasification)을 통해 합성가스(synthesis gas)로 변환한 후, CO를 산화시켜 CO2를 분리하여, H2 만 연료로 사용하는 기술입니다. CO2와 H2를 분리하는 Air separation unit(ASU)가 가장 중요하며, 일반적으로 물리적인 흡수제를 사용하여 분리합니다. 질소나 Temperature의 조절을 통해 H2S와 COS를 제거하는 흡수제를 이용하거나, Pressure swing adsorption(PSA)의 기술을 통해 이산화탄소를 선별적으로 흡수하는 흡착제를 이용하여 분리합니다. 이 기술은 일반적으로 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) 발전소와 결합된 형태의 적용이 가장 활발하게 연구됩니다. 이 기술은 장점으로는 기술이 성숙할 경우, 높은 효율을 가질 수 있을 것으로 보이고, Gas turbine과 결합될 수 있어 복합적인 전기 생산이 가능할 것으로 보입니다. 하지만, 높은 설치 비용과 낮은 신뢰성과 효용성, 기존의 발전 사이클에 비해서 낮은 기술적인 경험이 단점으로 고려되고 있습니다. 또한, CCS 기술이 결합될 경우, IGCC의 효율은 9~12% 효율손실이 발생한다는 기존의 연구가 있어, 시스템적인 개선을 위한 많은 연구가 수행되어야 할 필요가 있습니다.
2. Post-combustion
Post-combustion 기술은 기존의 발전소에서 배출되는 배기가스를 처리하여 이산화탄소를 포집하는 기술입니다. 기존의 발전소의 변형 없이 포집공정 시설의 추가(Retrofit)를 통해서 포집이 가능하다는 점에서 가장 빠른 적용이 가능할 것으로 보이는 기술입니다. 배기가스에서 이산화탄소를 선별적으로 분리하기 위해서, 다양한 방식의 기술이 적용됩니다. 수용액 상태의 습식흡수제를 사용하는 기술(absorption), 고체흡착제를 이용하는 기술(adsorption), 그리고 선별적인 기체를 통과시키는 분리막을 이용하는 기술(membrane)로 나뉩니다. 앞의 두 기술의 경우, 이산화탄소를 매개체를 통해서 분리하는 기술로, 주위의 환경에 따라 매개체가 이산화탄소를 흡수하는 정도가 달라지는 특성을 이용합니다. 대량의 배기가스를 연속적으로 처리하기 위해서 매개체는 이산화탄소를 포집하였다가 분리하는 과정을 거치게 됩니다. 일반적으로 Absorber와 Desorber(or regenerator)의 2개의 반응기로 구성되며, 매개체가 두 반응기를 순환하며 반응을 이루게 되며, 이를 위해서는 온도나 압력을 조절하는 Temperature swing adsorption(TSA)과 PSA를 이용하게 됩니다. 이 기술의 장점으로는 기존 발전소에 적용(Retrofit)이 가능하다는 점, 공정의 최적화를 통해서 에너지손실을 줄일 가능성이 많다는 점과 화학반응이 많이 알려져 있으며, 매우 우수한 포집률(99.999% 이상)을 달성할 수 있다는 점이 있습니다. 하지만, 높은 비용과 이차적인 오염물이 발생할 수 있다는 점이 단점으로 작용합니다.
3. Oxy fuel combustion
Oxy fuel Combustion는 화석연료 연소 시, 기존의 공기를 이용하여 연소하는 것이 아니라, 순수한 산소를 연소하여 이산화탄소를 포집하는 기술입니다. 기존의 발전소의 배가가스의 경우 CO2는 12~15%인 것에 반해, 순산소연소는 CO2 가 89% 정도이며, 순수한 산소를 화석연료와 연소할 경우, 연소 후 생성물인 배기가스가 CO2와 Steam 만으로 이루어집니다. 배가스를 응축하는 과정을 통해서 steam을 분리해 내어 순수한 이산화탄소 포집할 수 있게 됩니다. 순산소 연소의 경우, 기존의 발전소와는 다른 연소특성(높은 연소온도 등)을 보이므로 새로운 발전소의 건설이 반드시 필요합니다. 또한, 순산소를 만드는 과정은 극저온의 ASU를 이용하여 - 182°C 이하에서 산소를 응결시키는 방법을 이용합니다. 이러한 방법은 많은 에너지가 소모시키고 공정의 효율에 영향을 미치게 됩니다. 이를 해결하기 위해서 chemical looping combustion을 이용하여 순산소연소를 이루는 방법에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 이 기술의 장점으로는 이산화탄소 포집을 위해 흡착제와 같은 매개체가 필요하지 않아 포집이 쉽다는 점과, 환경에 미치는 영향이 가장 적으며, 극저온 공기 분리공정(Cryogenic air separation)에 대하여 잘 알려져 있으며, 공정 최적화를 통한 에너지 손실을 절감할 수 있는 가능성이 높다는 점이 있습니다. 하지만, 기존의 발전소 시스템들(Boiler, burner)의 수정이 불가피하다는 점과 현재의 높은 포집 비용이 단점으로 작용하게 됩니다.