습식 아민 기반 연소 후 이산화탄소 포집 기술
美・加 등서 年1백만톤 이상 실증 플랜트 운영
에너지문제는 이제 우리 생활의 문제가 됐다. 전기만 공급되면 됐던 시대에서 이제는 공급되는 전기에 의미가 부여됐다. 누가 만들었고, 어떻게 만들었는지. 이에 맞춰 기술도 진화하고 있다. 전력산업도 변화에 적응하지 못하거나, 기술을 통해 새롭게 태어나지 못하면 도태되는 환경까지 됐다. 한전 전력연구원과 공동으로 전력산업 분야의 큰 변화를 이끌 주요 기술을 짚어봤다.
에너지전환의 핵심은 온실가스 감축이다. 화석연료를 줄이고 재생에너지를 늘려 온실가스를 줄이려는 노력이 국제적인 에너지전환으로 확산됐다.
정부는 2030년까지 BAU(배출 전망치) 대비 37% 이상의 온실가스 배출량을 감축하겠다는 목표를 세우고, 이를 달성하기 위해 다양한 정책을 추진하고 있다. 하지만 전력분야에선 석탄화력을 줄이는 것이 핵심이다. 하지만 전체 발전량의 40%를 차지하는 석탄화력을 무턱대고 줄이는 것도 위험성이 크다. 전력공급 안정성도 무시할수 없기 때문이다. 그래서 눈을 돌린 것이 석탄화력에서 온실가스 배출을 최소화하거나, 온실가스를 모아담아 환경에 영향을 미치지 않게 하는 것이다.
이산화탄소 포집 저장(CCS) 기술은 석탄과 같은 화석 연료의 연소 시 발생하는 이산화탄소를 포집해 안전하게 저장하는 기술로 이산화탄소 증가로 발생하는 이상 기온 및 환경변화 문제의 주요 해결책으로 떠올랐다. 2016년 발간한 IEA(국제 에너지 기구) 보고서에 따르면 CCS는 이산화탄소 감축에 가장 중요한 역할을 하는 단일기술로 2050년 총 감축량 중 14%를 담당하며, 미적용 시 이산화탄소 저감 비용이 140% 이상 증가할 것으로 예측된다.
◆상용화에 가장 가까운 CCS…습식 아민 이산화탄소 포집 기술
이산화탄소 포집 기술은 크게 ▲연소 후 포집 ▲연소 전 포집 ▲순산소 연소의 3가지 기술로 개발되고 있다.
현재까지 상용화에 가장 근접한 기술은 아민(암모니아의 유도체) 흡수제를 기반으로 하는 연소 후 습식(용액이나 용제 따위의 액체를 써서 하는 방식) 아민 이산화탄소 포집 기술이다. 연소 후 습식 아민 포집 기술은 이산화탄소를 흡수하는 아민화합물과 이산화탄소를 포함하고 있는 발전소 배가스를 접촉시켜 화학적 반응을 통해 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 기술이다. 아민 공정은 중소형 화학 공정 등에서 이미 그 안정성 및 성능이 입증된 기술이므로 이산화탄소 포집에 적합한 기술이다. 하지만 발전소 배가스 처리와 같은 대규모 실 공정에 적용하면서도, 운전비용을 최소화하기 위한 연구가 필요하다.
한전 전력연구원은 2000년 초반부터 화력발전소, 제철소 그리고 시멘트산업 등에 적용 가능한 이산화탄소 포집 기술을 개발해 한국중부발전 보령화력본부에 국내 최대 규모인 10MW 습식 이산화탄소 포집 실증 플랜트를 설치하고 공동 운영 중이다. 2019년부터 1만 시간 연속운전을 시작한 10MW급 습식 이산화탄소 포집 플랜트는 연간 약 7만t 정도의 이산화탄소를 포집할 수 있는 규모로, 국내 화력발전소에 최초로 적용된 실증 설비다. 정부과제로 시작한 포집기술 개발에는 한전 전력연구원을 비롯해 한국중부발전 등 발전 5사, 한국전력기술, 하이테크엔지니어링 등이 참여했으며 전력연구원은 총괄주관기관으로 고성능 흡수제(KoSol series) 개발과 포집 공정 업그레이드를 담당하고 있다.
전력연구원은 또 중국 화능집단과 공동연구를 기반으로 최적의 이산화탄소 포집 흡수제·공정 개발 및 공동 지식재산권을 확보해 향후 해외시장 진입을 위한 발판을 마련했다.
◆화력발전소…이산화탄소 문제에서 자유로워지다
실증단계에 있는 이산화탄소 포집기술이 상용화되면 화력발전소는 온실가스 문제에서 일정 부분 자유로워질 수 있다. 전력연구원 관계자는 “향후 이산화탄소의 경제적 처리를 위한 CCS 기술을 통해 온실가스를 배출하지 않는 화력발전의 운영이 가능해 질 것” 이라고 말했다. 현재 습식 아민 기반의 연소 후 이산화탄소 포집 기술은 이미 미국, 캐나다 등에서 연간 1백만t 규모 이상의 실증 플랜트가 운영되고 있어 신뢰성이 높은 기술로 평가받고 있다. 국내에서도 온실가스 감축목표 달성을 위해 정부 차원의 연간 1백만t 규모 이상의 CCS 실증 프로젝트를 계획하고 있다. 따라서 대규모 포집 공정의 운영에 따른 발전효율 저하를 최소화하는 기술개발과 운영비, 건설비 등의 투자비를 줄이기 위한 방향으로 꾸준한 연구가 필요하다.
한전 전력연구원 관계자는 “ 국내 발전 및 석유화학산업에 적용하는 기술 사업화를 추진 중에 있으며, 또한 중국 화능집단과 같은 해외 유관기관과의 기술 교류를 통해 해외 공동 사업화를 위한 노력을 지속할 계획”이라고 밝혔다.