석탄화력발전 온실가스 감축 기술 국내연구팀 개발

석탄화력발전 온실가스 감축 기술 국내연구팀 개발

이산화탄소 분리 새로운 발전 기술

선도원 한국에너지기술연구원 책임연구원팀

   기후변화의 주요 원인 중 하나로 꼽히는 석탄화력발전 과정에서 이산화탄소를 분리할 수 있는 새로운 발전 기술을 국내 연구팀이 개발했다.

'순산소 순환유동층 보일러 원천기술’ 개발

석탄화력발전, 국내 발전량의 거의 절반(48.1%) 차지

선도원 한국에너지기술연구원 책임연구원팀은 국가과학기술연구회의 FEP 융합연구사업의 일환으로 ‘순산소 순환유동층 보일러 원천기술’을 개발하는 데 성공했다.

   연구팀이 개발한 연소로 설비 모습. -사진 제공 한국에너지기술연구원

석탄화력발전은 전세계 이산화탄소 배출량의 약 4분의 1(25%)를 차지해, 기후변화의 주요 원인 중 하나로 꼽힌다. 한국도 마찬가지로, 에너지경제연구원이 2018년 펴낸 ‘2017 에너지통계연보’에 따르면, 석탄화력발전은 국내 발전량의 거의 절반(48.1%)을 차지하고 있다.

현재의 석탄화력발전소에는 ‘미분탄 보일러’라는 기술이 주로 쓰인다. 석탄을 10 μm (마이크로미터, 1 μm는 100만 분의 1m) 이하의 가루로 빻은 뒤 분사해 태우는 기술로, 연료에 제한이 많고 연소 온도가 높아 질소산화물(NOx) 배출이 많다는 단점이 있다.

연구팀은 연료가 완전히 연소될 때까지 지속적으로 순환시키는 순환유동층 보일러에 주목했다. 타지 않는 흐르는 매체를 넣어서 연소 온도를 낮게 유지시켜 NOx 발생을 줄이는 기술이다. 바이오매스 등 다른 연료를 사용할 수 있어 경제성도 높고, 석회석을 넣어 황산화물 오염물도 줄일 수 있어 최근 사용이 늘고 있다.

연구팀은 국내최초로 순환유동층 보일러에 순산소 연소기술을 적용하는 데 성공했다. 순산소 연고기술은 전처리나 후처리 공정없이 연소 과정 자체만으로도 이산화탄소를 포집할 수 있는 기술이다. 이산화탄소 포집은 배출되는 이산화탄소를 잡아 배출량을 줄임으로써 기후변화에 미치는 영향을 줄인다. 연소 가스는 송풍기로 재순환시켜 완전연소를 시키고, 이때 산화제는 순수 산소를 써서 다른 오염물 배출을 차단하는 게 원리다.

다만 이 과정에서 전력 사용이 늘어 전체적인 발전 효율이 떨어지는 단점을 발생한다. 연구팀은 물이 바로 증기로 변하는 임계점 상태에서 보일러를 가둉하는 기술인 초임계발전 기술을 2019~2021년 개발해 이 문제도 해결할 계획이다.

선 책임연구원은 “초임계 순산소 순환유동층 보일러 기술은 값싼 연료를 이용할 수 있는데다 발전효율이 높고 온실가스를 줄일 수 있다”며 “상용화되면 온실가스 주요 배출원으로 지목돼 온 석탄 화력발전 시장에 커다란 전환점을 마련할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

연구팀은 현재 기술 시연을 위해 원전 1기 발전량의 0.2% 정도를 생산하는 석탄 순환 유동층 실증 보일러를 짓고, 이를 바탕으로 원전 1기 발전량의 약 3분의 1 용량을 지닌 보일러를 개발할 계획이다.

윤신영 기자 ashilla@donga.com 동아사이언스

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