화력발전소 혼소 기술 성공, 순환유동층 발전에 적용

암모니아사용량 증가 따른 안전규정·정책 정비 필요

[가스신문 = 양인범 기자] “암모니아 혼소 기술은 탄소중립을 위한 브릿지 기술로 매우 중요합니다.”

한국에너지기술연구원의 청정연료연구실에서 7년째 일하고 있는 문태영 박사는 최근 ‘암모니아 혼소 운전 기술’을 개발하는데 성공했다. 그에게 이번에 개발한 기술의 의의와 실효성, 향후 과제 등에 대해 자세히 들어봤다.

“지난해 8월 2050 탄소중립 시나리오 초안이 나오면서 ‘무탄소 신전원’이란 용어와 ‘암모니아 발전 기술’이 처음으로 등장했습니다. 그리고 같은 해인 10월 2030 NDC(국가온실가스 감축목표) 상향안에서 암모니아 발전이 2030년 국가 에너지 믹스 중 총 발전량의 3.6%(22.1TWh) 비중을 담당해야 한다는 발표가 나왔습니다.”

그는 암모니아 혼소 운전 기술이 탄소중립의 핵심 브릿지 기술이라는 점을 강조하면서, 암모니아 발전의 구체적인 원리에 대해서 설명했다.

“이 기술은 기존 석탄, 바이오매스, 코크스 등 탄소계 고체 연료를 활용하는 발전소에서 탄소계 연료의 사용량을 줄이고 감소된 석탄 열량만큼 암모니아를 공급해 혼합 연소시키는 방법입니다. 예를 들어 기존 석탄 혹은 석탄-바이오매스 발전소를 석탄-암모니아, 석탄-바이오매스-암모니아로 혼소해 배출되는 CO₂를 감축시키는 연료전환 기술입니다.”

암모니아 혼소 기술은 석탄화력발전과 열병합발전소에서 적용할 수 있다. 문 박사는 이 기술의 실증이 필요하다고 말했다.

“국내 발전소에 적용하려면 파일럿 규모에서 기술 검증 후 상용플랜트에서 실증해야 합니다. 일본은 우리보다 먼저 암모니아 혼소 기술 개발을 시작해, 현재 상용 운전중인 헤키난의 1GW급 미분탄발전소에서 암모니아 혼소율 20% 실증을 수행 중입니다.”

국내는 미분탄 발전이 90%, 순환유동층 발전이 10% 정도인데 에너지기술연구원의 기술은 순환유동층 발전 혹은 열병합 발전소 대상으로 이 기술을 개발하고 있다. 올해 3월 순환유동층 열병합 발전소를 운영하는 새만금 산업단지 내 OCI SE와 암모니아 혼소 기술을 개발하고 있다.

“OCI SE와 MOU를 맺었고, 원천기술 확보 및 파일럿 급에서 기술 검증 후 OCI SE 순환유동층 열병합 발전소에서 암모니아 혼소 실증을 계획하고 있습니다. 또한, 순환유동층 보일러의 경우 N₂O를 저감하는 촉매활용 기술이 필요한데 이런 부분도 관련 기업과 협업할 예정입니다.”

암모니아는 발열량이 낮은 편이지만, 문태영 박사는 혼소 기술에서 이것은 큰 문제가 되지 않는다고 설명했다.

“암모니아가 역청탄과 아역청탄에 비해 발열량이 낮지만 동일 전력을 생산하기 위해서는 보일러로 공급하는 입열량(연료발열량×연료투입량)이 동일해야 합니다. 석탄사용량을 줄이면 입열량이 감소하고, 감소한 만큼 암모니아를 주입해 발전효율을 맞출 수 있습니다. 이때, 암모니아 사용량 증가에 따른 안전 사항과 정책 등을 준비해야 합니다.”

그는 암모니아 혼소 기술 개발이 아직 완성단계가 아닌만큼, 향후 최적의 혼소 운전 기술 개발이 필요하다고 말했다.

“현재 혼소율 10% 이상에서 CO₂, NO 등이 동시 저감되는 것을 확인했고, 혼소율 15% 이상일 경우 슬립암모니아, CO, N₂O 증가의 문제점이 발견되었습니다. 연구원의 최종 목표는 혼소율 20% 이상인만큼, 향후 동일 연소효율을 낼 수 있는 최적 운전 기술 개발을 확보할 것입니다. 더불어, 바이오매스 순산소 연소와 고농도 원천분리된 CO₂를 직접 활용 및 저장하는 Carbon Negative BECCUS 기술 연구도 하고자 합니다.”

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