- 에너지硏 ‘케미컬루핑 연소기술’ 개발, 국가연구개발 우수성과 100선 선정

- 초미세먼지 유발물질 질소산화물도 저감, 발전효율↑·포집비용↓ 효과 탁월

발전소 이산화탄소 98% 분리 배출…온실가스 포집 패러다임 바꾼다
0.5 MW급 케미컬루핑 플랜트.[한국에너지기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 대형발전소에서 발생하는 이산화탄소와 같은 온실가스를 자동분리해 배출하는 차세대 에너지기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국에너지기술연구원은 기후변화연구본부 류호정 본부장 연구진을 주축으로 산-학-연 협력을 통해 개발한 ‘케미컬루핑 연소기술’이 2020년 국가연구개발 우수성과 100선에 선정됐다고 11일 밝혔다.

케미컬루핑 연소기술은 온실효과를 일으키는 이산화탄소를 별도의 분리설비 없이 98% 이상 원천적으로 분리할 수 있으며 초미세먼지 유발물질인 질소산화물도 저감할 수 있는 차세대 연소 기술이다.

기존 연소방식은 연료의 연소에 필요한 산소를 공급하기 위해 공기를 사용하는데 공기 중에 79% 정도 포함된 질소가 연소 배기가스에 섞여서 배출돼 이산화탄소를 분리하는 것이 어려웠다. 이러한 단점을 극복하고자 순수한 산소를 사용해 연료를 연소시키는 순산소 연소기술이 개발되고 있으나 공기 중에서 순수한 산소를 분리하는 비용이 많이 소요된다.

케미컬루핑 연소기술은 순수한 산소를 분리해 사용하는 대신, 산소를 주고받을 수 있는 입자를 사용해 한쪽에서는 공기 중의 산소를 흡수하고 다른 쪽에서는 산소를 내주면서 연료와 연소해 공기와 이산화탄소가 혼합되지 않아 이산화탄소를 원천적으로 분리할 수 있다.

공기와 연료가 직접 반응하는 대신 산소를 전달하는 입자를 사용하므로 연료가 연소되면 이산화탄소와 수증기만 배출되며 온도를 낮춰 수증기를 액체인 물로 바꿔주면 기체 중에는 이산화탄소만 남게 되므로 별도의 분리설비 없이도 이산화탄소를 분리할 수 있다.

산소를 주고받는데 사용한 입자는 두 개의 반응기 사이를 계속적으로 순환하면서 재생하여 사용할 수 있으며, 공기와 입자의 반응은 화염이 없는 조건에서 일어나므로 2차 미세먼지 유발물질인 질소산화물의 발생도 저감시킬 수 있다.

연구진은 고압 조건에서 운전되는 0.5MWth급 케미컬루핑 플랜트에서 세계 최초로 200시간 이상의 장기연속운전 통해 이산화탄소가 98% 이상 고농도로 원천적으로 분리 배출되고 총 질소산화물 배출농도도 15 ppm 정도로 배출되는 것을 실증했다.

케미컬루핑 연소기술을 이용할 경우 100 MW 천연가스발전 기준으로 연간 운영이익 144억 원, 발전효율 상승 4%, 이산화탄소 포집비용 30% 절감, 연간 15만 톤의 이산화탄소 감축이 가능할 것으로 예상된다.