- 별도의 분리설비 없이 이산화탄소가 98% 이상으로 배출되는 가스발전 기술 확보

- 초미세먼지 유발 물질인 질소산화물도 저감

■ 국내에서 배출되는 온실가스의 대부분이 이산화탄소이며 주로 화력발전소에서 배출되고 있어 정부는 청정 발전기술인 가스발전의 확대보급을 계획하고 있는 가운데, 이산화탄소가 원천적으로 분리 배출되면서 초미세먼지 유발물질인 질소산화물의 저감도 가능한 세계 최고수준의 차세대 가스발전 기술이 국내 연구진에 의해 개발되고 있다.

■ 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 류호정 본부장 연구진은 산-학-연 협력으로 별도의 분리설비 없이 이산화탄소가 98% 이상으로 원천적으로 분리 배출되고 초미세먼지 유발 물질인 질소산화물도 저감할 수 있는 ‘케미컬루핑 연소 기술’개발에 성공했다.

□ 케미컬루핑 연소기술은 산소를 주고받을 수 있는 입자를 사용하여 한쪽에서는 공기 중의 산소를 흡수하고 다른 쪽에서는 산소를 내어주어 연료와 연소하여 공기와 이산화탄소가 혼합되지 않아 이산화탄소를 원천적으로 분리할 수 있는 미래 발전 기술이다.

○ 기존 가스발전 기술은 공기 중에 포함된 산소가 연료와 반응하여 이산화탄소, 수증기를 생성하면서 공기 중에 포함된 질소와 혼합되어 배출된다. 배출된 다량의 질소에는 이산화탄소가 포함되어 있어 이산화탄소를 분리하기 위해서는 별도의 포집 설비가 필요하였다.

○ 하지만, 케미컬루핑 연소기술은 공기와 연료가 직접 반응하는 대신 산소를 전달하는 입자를 사용하므로 연료가 연소되면 이산화탄소와 수증기만 배출되며 온도를 낮춰 수증기를 액체인 물로 바꿔주면 기체 중에는 이산화탄소만 남게 되므로 별도의 분리설비 없이도 이산화탄소를 분리할 수 있다.

○ 산소를 주고받는데 사용한 입자는 두 개의 반응기 사이를 계속적으로 순환하면서 재생하여 사용할 수 있으며, 공기와 입자의 반응은 화염이 없는 조건에서 일어나므로 2차 미세먼지 유발물질인 질소산화물의 발생도 저감시킬 수 있다.

□ 연구진이 개발한 기술은 세계 최초로 고압 조건에서 운전되는 0.5 MWth급 케미컬루핑 플랜트에서 200시간 이상의 장기연속운전을 실증한 기술로서, 이산화탄소가 98% 이상 고농도로 배출되며 총 질소산화물 배출농도도 15 ppm 정도로 배출되는 세계 최고 수준의 기술이다.

○ 케미컬루핑 연소기술의 핵심기술은 두 반응기 사이에서 입자를 순환시키면서 공기와 연료가 섞이는 것을 방지할 수 있는 공정기술과 두 반응기 사이를 순환하면서 산소를 주고받을 수 있는 입자기술이며 공정기술은 한국에너지기술연구원에서 입자기술은 한국전력공사 전력연구원에서 주도적으로 개발하였다.

○ 연구진은 케미컬루핑 연소기술을 이용할 경우 100 MW 천연가스발전 기준으로 연간 운영이익 144억원, 발전효율 상승 4%, 이산화탄소 포집비용 30% 절감, 연간 15만톤의 이산화탄소 감축이 가능할 것으로 예상하고 있으며 향후 가스발전소 온실가스 포집을 위한 차세대 기술로 각광 받을 것으로 예상하고 있다.

■ 연구책임자인 기후변화연구본부 류호정 본부장은 “기존 석탄화력 발전소에는 현재 국내에서 개발한 연소 후 포집기술의 적용이 필요하지만, 새로 건설되는 가스발전소의 경우 미래 신기술을 접목하여 이산화탄소 포집비용을 획기적으로 저감해야 한다.”며, “세계 최고수준의 케미컬루핑 연소기술 적용을 통해 온실가스 원천분리가 가능한 차세대 발전기술을 실증하는데 기여할 계획”이라고 밝혔다.

□ 이번 기술 개발은 산업통상자원부가 지원하는 한국에너지기술평가원 에너지수요관리핵심기술개발사업의 일환으로 진행됐으며, 한국에너지기술연구원 주관으로 한국전력공사 전력연구원, 건국대학교, 충남대학교, 영남대학교, 전북대학교가 참여하여 산-학-연 공동으로 이산화탄소와 질소산화물을 원천적으로 분리 및 저감할 수 있는 차세대 가스발전기술 개발을 목표로 하고 있다. 본 기술은 한국에너지기술평가원에서 선정한 2019년 에너지 R&D 우수성과(총26개 기술) 중 하나로 선정된 바 있다.