현재 한국에서 가장 많은 에너지를 생산하는 발전원은 석탄화력발전입니다. 하지만 석탄화력발전은 온실가스를 감축하고자 하는 전 세계적인 분위기와 맞물려 위축되고 있습니다. 이런 상황에서 에너지기술연구원이 석탄 화력발전의 이산화탄소를 원천 분리할 수 있는 기술을 내놨습니다. '순산소 순환유동층 보일러 발전기술'입니다.
선도원 에너지기술연구원 연구팀은 국가과학기술연구회가 지원하는 사업의 일환으로 '순산소 순환유동층 보일러 원천 기술'을 개발하는데 성공했다고 밝혔습니다.
현재 석탄화력발전소에서 가장 많이 사용하는 기술은 미분탄보일러(Pulverized Combustion)로, 잘게 빻은 석탄(10μm이하 크기)을 분사해 태우는 방식입니다. 이 방식은 높은 연소 온도 때문에 질소산화물(NOx)의 배출량이 많고, 별도의 탈황설비로 걸러주어야 한다는 점이 문제점입니다.
하지만 이번에 선도원 박사팀이 개발한 보일러는 연료가 완전히 연소 될 때까지 지속적으로 연료를 순환시키는 방식입니다. 이 과정에서 활성이 없는 유동매체를 이용하면 연소 온도를 낮출 수 있고 질소산화물 배출량도 줄일 수 있습니다. 또 저급탄·바이오매스 등 가격이 저렴한 연료를 사용할 수 있다는 장점도 있습니다. 게다가 석회석으로 황을 제거할 수도 있어 1석4조입니다.
연구진은 이런 장점이 많은 보일러에 '순산소 연소' 기술을 적용하는데 성공했습니다. 순산소 연소 기술은 전처리·후처리 공정 없이 오직 연소만으로 고농도 이산화탄소를 포집할 수 있는 기술입니다. 공기 대신 순수 산소를 연소하는 순산소 연소 기술을 적용하면 배기가스에 이산화탄소와 수분만 존재하게 되는데, 이때 수분을 응축해 제거하면 고농도의 이산화탄소를 얻을 수 있습니다.
다만, 석탄 화력발전소에 순산소를 이용한 이산화탄소 제거 공정을 추가하면 시스템을 가동하면서 전력을 더 많이 사용할 수밖에 없습니다. 이는 발전량 감소로 이어져 발전 효율이 떨어지게 된다는 단점이 존재하죠.
이에 연구진은 초임계 기술을 적용해 문제를 해결할 계획이라고 합니다. 초임계 발전이란 물이 끓지 않고 바로 증기로 변하는 임계점(증기압력 225.65㎏/㎠, 증기온도 374도) 상태에서 보일러를 가동하는 기술입니다. 초임계 발전은 발전효율이 높아 순산소 연소의 단점을 극복할 수 있는 대표적인 방법으로 꼽힙니다.
선도원 박사는 "이번에 개발한 기술은 발전효율을 높이면서 온실가스를 저감시켜 석탄화력발전 시장에서 패러다임을 바꿀 것"이라며 "2021년까지 기술 개발을 완료하겠다"고 말했습니다.
