1960년대에 연탄은 민수용 수요가 증대되면서 전성기를 맞았으며, 1970년대에는 서민의 겨울철 필수 에너지원이 되었다. 이후 연탄 사용 가구수가 지속적으로 증가하면서 연탄파동 문제가 사회적으로 대두되자 이를 계기로 1980년대에 KIER는 연탄으로 사용할 수 없는 저열량 석탄의 활용방안을 연구하게 되었으며, 이 중 연소로(보일러) 내부에 석탄을 주입하고 하부에 공기를 공급하면서 연소하는 유동층 석탄연소기술이 연구되었다. 고체입자에 일정 속도 이상의 공기를 주입하면 고체입자가 물처럼 움직이기 시작하는데 이것을 유동화라고 하고, 이 방법으로 연소로를 운전하는 것이 유동층공정이었다. 유동층 석탄연소기술은 탈황제와 함께 연소시켜 공해물질 배출이 적으며 열전달이 우수해 기존의 기술로는 연소가 불가능한 국내 저열량무연탄을 효과적으로 연소할 수 있었다. KIER는 우선 0.1톤(시간당) 보일러의 제작을 통해 연료 특성과 전열특성을 파악하고 운전 시 문제점을 해결하는 한편 상업화를 위한 설계자료를 확보하는 연구를 수행했다. 이어 이를 토대로 1톤(시간당) 보일러가 설계 제작되었고, 모든 설비를 종합적으로 갖춘 파일럿 플랜트 연소실험에서 저열량 무연탄 에너지의 이용 가능성을 확인했다. 그러나 1990년대 초까지 KIER의 연구활동은 기술기반의 확립에는 이바지하면서도 실질적인 성과로는 연결되지 못했다. 1988년에는 영월화력을 대상으로 국내 무연탄 유동층 연소보일러로 개조하는 타당성 검토를 수행, 기술의 적용성이 우수하다는 평가를 받았으나 경제성 문제와 더불어 정부의 무연탄 사용에 대한 정책결정 보류 등으로 국내 기술을 적용해볼 기회로이어지지는 못했다. 또한 소비자들의 기호가 석유 등 편리한 에너지로 선회하면서 국내 무연탄이 남아돌기 시작하면서, 1990년대 초에는 탄광지역의 사회적 충격을 최소화하기 위해 중앙난방식 유동층 무연탄 연소보일러에 대한 적합성 연구에 착수, 이를 통해 시간당 5톤의 스팀을 사용할 수 있는 규모에 대한 경제성 확인과 상세설계 수행이 이루어졌으나 역시 무연탄 정책의 변화로 시범보급사업으로는 연결되지 못했다. 순환유동층 연소는 국내에서는 1981년 연구가 시작되었으며 주요 성과는 1990년대 이후에 이루어졌다. KIER는 1980년대에 국내 최초로 세계 최대 규모의 순환유동층보일러가 동양화학에 도입된 것을 계기로 순환유동층 관련 연구를 선도적으로 수행했다. 순환유동층 연소기술은 기포유동층보다 공기의 유속이 2~5배 이상 높은 영역에서 연소함으로써 많은 고체입자를 비산시키며, 사이클론에서 포집된 반응되지 않은 석탄 및 회재를 재순환시키는 기술이었다. 순환유동층은 유량이 증가한 만큼 석탄의 처리량을 증대시킬 수 있어 단위면적당 열발생량이 높으며, 조업성이 우수했다. 그러나 이 시기에는 아직 기술적 성숙을 이루지 못한 가운데 순환유동층연소 설비가 국내에 건설되었으므로 KIER에서 도입된 기술에 대한 검증과 함께 운전 시 발생되는 문제점에 관한 연구를 수행하게 되었다. 이 연구에서 KIER는 무연탄을 연료로 하는 순환유동층발전기술이 기술적으로 가능함을 실증했고, 이는 유동층보일러의 도입을 활성화하고 국내 정착을 가속화하는 계기가 되었다. 1994년에는 청정에너지사업의 일환으로 산업용 순환유동층 보일러 설계기술 연구에 착수했다. 시간당 75톤의 스팀을 생산할수 있는 규모였으며, KIER에서 상세설계를 수행했다. 현재는 후속 연구로 운전 상태를 관리하는 모니터프로그램을 개발해 보급 중이다. 2007년 3월에는 상용보일러의 보급을 위한 연구개발로 증기량 8톤/시간 발전용량 RDF 전용보일러를 자체 개발하여 건설했다. 본 설비의 자체설계 및 제작으로 KIER는 상용보일러 보급에 일대 진전을 이루는 한편 국내기술의 대외수출 활로를 열게 되었다. 가압유동층 연구는 1986년에 과학기술연구원에서 처음 시작되었다. 이후 1996년에는 KIER에서 0.1MWt 용량의 규모로 가압유동층 연소기술 연구가 본격적으로 수행되었다. KIER에서 개발된 가압유동층 연소기술은 가압상태에서 석탄을 연소할 경우 같은 보일러 체적에 대해 압력만큼 산소량이 증가하기 때문에 석탄 처리용량이 그만큼 증가하며, 고온고압의 연소가스로는 가스터빈을, 내부의 열로는 증기터빈을 구동하는 복합발전으로서 효율이 높았다. 다양한 수입석탄뿐만 아니라 국내 무연탄도 높은 연소효율로 연소시킬 수 있어 저열량 석탄의 활용에 큰 기대를 모았다. 한편 기후변화협약과 관련하여 이산화탄소 배출 문제가 대두됨에 따라 효율증대에 의한 이산화탄소 발생 저감, 이산화탄소 분리 기술에 대한 관심이 높아지면서 KIER는 가압유동층에서 연소되고 나오는 배가스를 산소와 혼합하여 다시 연소공기로 사용하는 배가스 재순환 가압유동층 연소공정을 기술적으로 검증했으며, 이산화탄소를 고농도로 농축할 수 있음을 보였다. 그러나 산업체가 관심을 갖지 않는 기술에 대한 정부의 지원제한 방침에 따라 연구를 더 이상 밀고 나갈 수 없었고, 최근에 이르러 국제공동참여 프로그램인 Carbon Sequestration Leadership Forum(CSLF)의 프로그램 중 하나인 Oxy-fuel Combustion으로 본 기술에 대한 연구사업이 진행돼 KIER가 선점하여 선도할 수 있었던 기술개발을 양도하게 되는 아쉬움을 남겼다. 현재 KIER에서는 유동층공정과 입자의 재순환기술을 이용한 천연가스연소 이산화탄소 원천분리 기술, 매체의 산화-환원을 이용한 고순도 수소제조 기술, 고효율 고체연료 발전 기술이 연구실 규모로 수행되고 있다. 이 기술이 미래 이산화탄소 문제를 해결하고, 수소화시대에 대비하는 수소 제조와 수급이 안정된 에너지원인 석탄을 이용한 발전기술로 자리 잡을 수 있도록 KIER는 기술을 더욱 향상시키고 연구를 강화한다는 구상을 세워두고 있다. 본 메일은 발신전용메일로 메일수신을 동의하셨기에 기재해 주신 이메일 주소로 발송되었습니다. 한국에너지기술연구원에서 드리는 각종 정보의 메일 수신을 원치 않으시면 [수신거부]를 눌러 회원 개인정보를 변경해 주시기 바랍니다. If you do not want this type of information or email, please click here 기타 문의 사항은 한국에너지기술연구원 웹사이트의 [ 참여마당> 묻고 답하기 ] 메뉴를 이용하여 주시기 바랍니다.