보도자료

한국에너지기술연구원 보도자료

신개념 산소분리막 기술로 친환경 화력 발전 눈앞에

  • 작성일 2014.11.12
  • 조회수 50715

  

신개념 산소분리막 기술로 친환경 화력 발전 눈앞에

 


  

 

■ 세륨 산화물 복합체 세라믹 산소분리막 기술 개발 성공

기존 대비 안정성 10배 이상 향상, 세계 최고 수준 투과 성능 보유

산소 분리 설비·제조비용 절감으로 친환경 발전 기술 실용화 앞당겨

 

□ 현재 석탄 화력발전은 전 세계 전력 생산의 60% 이상을 차지하고 있다. 이처럼 석탄 화력발전은 정비된 인프라, 저렴한 발전 비용으로 대량의 전력을 생산하고 있으나, 온실가스 배출에 따른 환경문제로 인해 그 비중을 높이는 데 한계가 있다. 대안으로 석탄가스화 복합발전(IGCC)과 순산소연소(Oxyfuel) 등 산소를 이용한 고효율·친환경 화력발전이 주목받는 가운데, 산소분리 설비·제조비용을 절감할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

 

1) 석탄가스화 복합발전(IGCC) : 산소와 물을 이용해 석탄을 고온에서 가스화 시켜 합성가스를 만든 뒤, 변환과정에서 발생된 증기로 터빈을 돌려 전기를 만들어내는 방식. 만들어진 합성가스에서 오염물질을 제거하고 촉매를 가해 석유와 같은 형질의 합성석유를 만들어낼 수 있다. 또한 CCS(이산화탄소 포집기술)을 접목하여 온실가스를 줄일 수 있는 장점이 있어, 신규화력발전에 적용될 예정이다.

2) 순산소 연소(Oxyfuel) : 일반 공기를 산화제로 이용한 일반적인 연소방식 대신 순수산소를 이용하는 연소방식이다. 순산소를 산화제로 이용하면 연소 후에 물과 이산화탄소만 발생해 물만 응축시켜 빼내면 손쉽게 고농도의 이산화탄소를 분리할 수 있게 된다.

 

 

한국에너지기술연구원(이기우 원장)은 세륨 산화물(CeO2) 복합체를 이용해 안정적‧경제적으로 산소를 분리하는 신개념 세라믹 산소분리막을 개발했다.

 

□ 이번에 개발된 세륨 산화물 복합체 산소분리막은 안정적으로 산소이온을 전달하는 물질인 세륨 산화물(CeO2)과 전자를 전달하는 물질인 페로브스카이트(Perovskite)를 혼합해 기존보다 저렴한 소재를 사용해도 높은 산소 투과특성을 낼 수 있도록 고안됐다. 이를 통해 산소분리 설비비용을 최대 48%, 산소 제조비용을 최대 68%까지 줄일 수 있으며, 화학적 안정성도 기존 세라믹 산소분리막 대비 10배 이상 향상됐다.

 

 

기존의 산소 분리 방법은 끓는점의 차이에 의해 공기에서 산소를 분리하는 심냉분리법에 기초했다. 그러나 분리 시 대규모 공장이 필요하고, 공기를 압축하는 과정에서 많은 전기를 소모해 최종 발전 효율을 9% 저하시키는 단점이 있었다. 이를 극복하기 위해 세라믹 산소분리막 기술이 개발됐지만 높은 산소 제조가격, 취약한 화학적 안정성이 문제로 지적돼왔다.

 

○ 반면, 세륨 산화물 복합체 분리막은 제조가격과 안정성의 문제를 극복해 기존의 발전 플랜트, 제철산업 효율 상승에 기여할 수 있다. 높은 비용절감 효과를 통해 친환경 발전 기술의 실용화를 앞당길 수 있게 된 것이다. 또, 미국 등 기술 선진국의 투과 성능(3㎖/㎠·min)을 뛰어넘은 세계 최고 수준(3.6㎖/㎠·min)을 기록해 향후 분리막 시장 점유율에서도 우위를 차지할 것으로 기대된다.

 

□ 연구책임자인 유지행 박사는 “세륨 산화물 복합체 산소분리막 기술은 현존하는 세계 최고 수준의 기술로써, 기존의 산소분리 설비·제조비용을 2/3수준으로 줄여 친환경 발전을 가능케 할 새로운 기술”이라며 ”발전, 철강, 화학 공정, 생명 공학 분야와의 융합을 통해 고부가가치 산업을 창출하고, 창조경제를 실현하는데 기여하겠다.”고 밝혔다.

 

○ 한편, 이 기술은 2014년 2월, 영국 왕립화학회가 발간하는 재료분야 학술지 'Journal of Materials Chemistry A‘ 표지논문 및 ’Chemi- stry of Materials‘에 게재돼 학계의 인정을 받았으며, 연구진은 현재 실용화를 위한 모듈화 및 주변 장치 개발을 진행 중이라고 전했다.

 

▣ 문의 : 한국에너지기술연구원 창의소재연구실 유지행 박사 (042-860-3414) 

 

 

             

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