최근 화학 산업뿐만 아니라 발전소, 철강 산업 등, 다양한 산업에서의 제품 생산량이 산업 혁명 이후 급격하게 증가하고 있으며 이에 따라 필요한 에너지 요구량이 증가하고 있다. 화석 연료를 사용함으로써 배출되는 온실가스의 양도 증가하였으며 국제적인 협약에 따라 친환경, 탄소 중립에 대한 공정의 필요성이 대두되었다. 탄소 포집 및 활용 기술 (CCUS)은 기존에 대기 중으로 버려지는 온실가스 중 탄소를 포집, 저장 및 활용하여 부가가치 화합물을 만드는 기술이다.
본 논문에서는 두 가지 CCUS 공정 패러다임을 제안하였다. 첫 번째로, CO₂, CO, N₂, H₂ 등이 섞여 있는 syngas를 활용하여 부가가치 화합물인 메탄올, 암모니아를 동시에 합성하는 공정이고 두 번째는 CO₂만을 선택적으로 포집하여 메탄올과 합성하여 dimethyl carbonate (DMC)를 합성하는 공정을 ASPEN Plus V12.1로 모델링 해보고 열 통합을 통한 에너지 절감을 ASPEN Energy analyzer로 수행하고, ASPEN Process Economic analyzer (APEA)를 통해 경제성을 분석하여 제안된 공정의 타당성을 제안하고자 한다. Syngas를 활용하는 공정의 경우 반응 후 잔여 H₂와 syngas 내의 N₂를 활용하여 기존의 메탄올 합성 공정과 암모니아 합성 공정을 결합한 공정을 제안하였다. DMC를 합성하는 공정의 경우에는 기존의 공정 시뮬레이션 결과와 실제 실험 결과와 상이했다는 점을 착안하여 실제 실험 결과에 맞게 수정된 공정을 제안하였다. 자본 비용, 운영 비용, 총 연간 비용을 계산하면서 경제성을 확인해 볼 수 있었다. 수익성 판단은 순현재가치 (NPV)로 판단하였으며 메탄올과 암모니아를 동시에 활용한 공정에 대해서 NPV가 -981.3 M$가 나왔다. 그리고 DMC 합성 공정에 대해서는 NPV가 -51.6 M$가 나왔다. NPV에 대해 영향을 미치는 인자를 파악하기 위해 민감도 분석이 수행되었다. 메탄올, 암모니아 동시 합성 공정에서는 수소 가격, DMC 합성공정에서는 촉매 재활성화 과정이 NPV에 가장 큰 영향을 끼쳤다. 이에 대한 개선이 CCUS 기술의 상용화에 좀 더 다가갈 수 있다.