이미지 확대보기한국에너지기술연구원은 '케미컬루핑 연소 기술(Chemical Looping Combustion, CLC)' 개발에 성공했다고 밝혔다. 이 기술은 산소를 포함하고 있는 입자를 사용한다. 한쪽에는 공기 중의 산소를 흡수하고, 다른 쪽에서는 산소를 내어줘 연료와 연소하도록 만든다. 공기와 이산화탄소가 혼합되지 않기 때문에 이산화탄소를 원천적으로 분리할 수 있다.
공기 중에 포함된 산소가 연료와 반응한다. 이 과정에서 이산화탄소, 수증기를 생성하며 배출 시 공기 중의 질소와 만나 혼합된다. 기존 가스발전 기술은 다음과 같은 방식으로 진행됐기 때문에 배출된 질소 혼합물에 다량의 이산화탄소가 포함돼 있었다. 따라서, 이산화탄소 분리를 위해 별도의 포집 설비가 필요했다. 케미컬루핑 연소 기술은 산소를 전달하는 입자를 사용해 공기와 연료가 직접 반응 하는 것을 막는다. 자연스럽게 연료가 연소할 때 이산화탄소와 수증기만 배출된다. 이마저도 온도를 낮춰 수증기를 액체인 물로 바꿔주면 이산화탄소만 남길 수 있다. 이산화탄소 분리 배출을 위해 별도의 설비를 설치할 필요가 없어졌다. 산소를 주고받는데 사용한 입자의 경우 두 개의 반응기를 순환하기 때문에 반복 사용이 가능하다. 더불어, 화염이 없는 조건에서 공기와 입자의 반응이 일어나 질소산화물 발생도 크게 줄여준다.
국내 연구진은 고압에서 운전되는 0.5 MWth급 케미컬 루핑 플랜트에서 200시간 이상 장기 연속운전이 가능하다는 것을 보여줬다. 98% 이상 고농도의 이산화탄소가 배출되면서 질소산화물 배출농도도 15ppm으로 줄인 세계 최고 수준의 기술이다. 케미컬루핑 연소 기술은 두 반응기 사이에서 입자를 순환 시켜 공기와 연료가 섞이는 것을 방지하는 공정기술과 반응기 사이를 순환하며 산소를 주고받을 수 있도록 하는 입자기술이 핵심이다. 한국에너지기술연구원은 공정기술을, 한국전력공사 전력연구원에서는 입자기술을 담당해 개발했다.
100MW 천연가스발전 기준으로 케미컬루핑 연소기술은 연간 144억의 운영이익, 4%의 발전효율 상승, 이산화탄소 포집 비용 30% 절감, 연간 15만 톤의 이산화탄소 감축이 가능할 것으로 보인다. 향후, 가스발전소 온실가스 포집을 위한 차세대 기술로 주목받을 것으로 예상된다.
류호정 기후변화연구본부 본부장은 "기존 석탄화력발전소에는 국내에서 개발한 연소 후 포집 기술을 접목해야 하지만, 새로 건설되는 가스발전소는 미래 신기술을 접목해 이산화탄소 포집 비용을 줄여야 한다"며, "세계 최고 수준의 케미컬루핑 연소 기술 적용을 통해 온실가스 원천분리가 가능한 차세대 발전기술을 실증하는데 기여할 계획"이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 산업통상자원부 지원의 한국에너지기술평가원 에너지수요관리핵심기술개발사업의 일환으로 진행됐다. 한국에너지기술연구원 주관으로 한국전력공사 전력연구원, 건국대학교, 충남대학교, 영남대학교, 전북대학교가 참여해 산·학·연 협동으로 운영됐다. 이산화탄소와 질소산화물을 원천적으로 분리·저감할 수 있는 차세대 가스발전기술 개발을 목표로 한다. 한국에너지기술평가원 선정 2019년 에너지 R&D 우수성과 중 하나로 선정되기도 했다.
송광범 기자 postmoneynews@gmail.com
