[에너지단열경제]안조영 기자
산화와 환원 상태의 금속 입자/한국에너지기술연구원 제공
이산화탄소 포집설비 없이도 가스발전기에서 나오는 이산화탄소를 분리하고 미세먼지의 주범인 질소산화물을 저감시키는 기술이 개발됐다.
한국에너지기술연구원은 한국전력공사 전력연구원, 건국대, 충남대, 영남대, 전북대 등과 함께 온실가스의 공기 중 배출을 차단한 친환경 가스발전 기술인 케미컬루핑 연소기술을 개발했다.
케미컬루핑 연소기술은 산소를 주고받을 수 있는 입자를 활용해 연료에 산소만 전달하는 기술로 이산화탄소를 98% 이상 원천 분리 배출할 수 있다.
기존 가스발전 기술은 공기를 주입해 공기에 포함된 산소와 연료를 반응시킨다.
연료와 산소가 반응해 만들어진 이산화탄소와 수증기는 공기 대부분을 차지하는 질소와 혼합돼 배출된다.
때문에 이산화탄소를 분리하기 위해서는 별도의 포집 설비를 설치해야 하며, 공기가 연소하는 과정에서 질소가 미세먼지를 일으키는 질소산화물로 바뀌는 것도 문제점으로 지적됐다.
연구팀은 한쪽에선 공기 중 산소를 흡수하고 다른 쪽에선 산소를 내주는 금속 입자를 만들고 이를 공정에 활용하는 기술을 개발했다.
입자가 공기 중에선 산소를 빨아들이고, 연료가 연소하는 곳에선 산소만을 전달하기 때문에 연소 이후에 질소 없이 이산화탄소와 수증기만 배출하게 된다.
온도를 낮춰 수증기를 물로만 바꿔주면 이산화탄소만 남게 돼 쉽게 분리되고 공기 중에서 화염이 일어나지 않아 질소산화물도 잘 만들어지지 않는다.
0.5MW급 파일럿 플랜트 규모 설비/한국에너지기술연구원 제공
연구팀은 100㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ) 지름의 금속 입자 500㎏을 이용해 0.5MW급 파일럿 플랜트 규모 설비에서 이산화탄소를 98% 이상 고농도로 분리 배출하는 데 성공했다.
질소산화물 배출농도도 15ppm로 떨어졌다.
연구팀은 케미컬루핑 연소기술을 이용하면 100MW 천연가스발전 기준으로 발전효율은 4% 높아지면서 이산화탄소 포집비용은 30% 절감될 것으로 보고 있다.
이산화탄소는 연간 15만t 감축할 수 있게 된다.
연구팀은 지난해까지 실증 기반기술을 마련했고 2025년까지 상용화를 목표로 5MW급 발전성능 검증에 들어갈 계획이다.
케미컬 루핑 연소기술 개념도/한국에너지기술연구원 제공
연구를 주도한 류호정 기후변화연구본부장은 "200시간 동안 연속 운전을 실증해 상용화 가능성을 높였다"며 "이산화탄소 포집 비용을 획기적으로 절감할 수 있을 것"이라고 기대했다.
[ⓒ 에너지단열경제. 무단전재-재배포 금지]
