고유가 시대, 미래의 에너지로 석탄의 ‘재구성’

 

 

 

고유가 시대, 미래의 에너지로 석탄의 ‘재구성’

 

석탄가스/액화 기술… 석탄 연료화 사업으로 각광

 

 

우리는 여전히 고유가 시대에서 어려움을 겪고 있다. 세계적으로 에너지 소비패턴에 변화가 일어나고 있는데 이는 석유와 가스를 대체할 에너지원에 대한 관심을 부추기고 있다.

이러한 가운데 풍부한 매장량, 고른 분포, 비교적 저가로 향후 석유를 대체할 유력한 후보로 `석탄'이 다시 대두되고 있다.

석탄은 매장량이 풍부하지만, 이산화탄소 배출 등의 환경오염과 석탄을 이용한 신기술의 개발이 필요하지만 장기적으로는 석탄의 이용 기술이 개발되어 석탄이 석유를 대체하는 에너지원으로 부상할 전망이다. 즉 석탄은 미래 에너지로 떠오르고 있는 것이다.

 

 

천덕꾸러기 석탄의 화려한 변신

 

석탄에서 가스를 뽑아내 전기를 생산하는 친환경 발전소가 설립되는가 하면 석탄에서 ‘산업비타민’으로 불리는 리튬을 추출하는 기술도 상용화를 앞두고 있다. 정부는 석탄을 활용한 그린에너지 산업을 수출동력으로 키울 계획이다.

지식경제부와 업계에 따르면 최근 석탄의 변신은 석탄에서 가스를 추출하는 ‘석탄 가스화’ 기술이 주도하고 있다. 가스화 설비를 이용해 고온ㆍ고압 상태에서 석탄을 합성가스로 제조하고 이를 이용해 합성석유ㆍ합성천연가스ㆍ화학제품 등을 생산하는 기술이다.

합성가스로 터빈을 구동해 전기를 만들어낼 수도 있는데 이는 IGCC 기술이라 불린다. 한국서부발전은 이날 충남 태안군 원북면 방갈리에서 국내 최초로 300MW급 한국형 ‘IGCC 실증 플랜트’ 착공식을 열었다.

IGCC 기술은 석탄을 가스화시켜 먼지와 황을 제거한 뒤 가스터빈의 연료로 사용한다. 이와 함께 가스화 반응열과 가스터빈 배열에 의해 생산된 증기로는 증기터빈을 구동해 쌍방향으로 전기를 생산한다.

현재 미국ㆍ네덜란드ㆍ스페인ㆍ일본 등 선진국에서 300MW급 총 5기만 운전 중일 정도로 고도의 기술력을 요구한다. 이번에 태안에서 착공된 한국형 IGCC 실증 플랜트는 오는 2015년 준공될 예정이며 2017년 영남, 2019년 군장에 2호기와 3호기 준공도 계획됐다.

이 플랜트가 가동을 시작하면 열효율 42%(기존 석탄발전소 40%) 이상, 황산화물 15ppm 이하, 질소산화물 30ppm 이하인 고효율 청정발전소 기술을 우리도 확보하게 된다.

석탄의 변신은 여기서 그치지 않는다. 화력발전소에서 연소 후 남은 석탄재(석탄회)를 이용해 리튬을 추출하는 기술도 최근 국내에서 개발돼 2013년 상용화될 예정이다.

서부발전과 군산대는 석탄회에서 리튬을 추출하는 기술을 개발해 지난 9월 특허를 출원했다. 리튬은 2차 전지의 필수 소재로 우리나라는 현재 전량 해외에서 수입하고 있어 이 기술이 상용화되면 석탄이 희유금속의 원천으로까지 부각될 것으로 보인다. 서

석탄에서 석유를 뽑아내는 석탄액화 기술은 국가 ‘에너지 안보’ 사업으로 부각되며 세계 각국이 뛰어들고 있다. 석탄을 가스화해 합성가스를 만들어 다시 이를 액체로 만드는 것이다. 남아프리카공화국의 사솔이라는 회사가 주도적으로 사용하면서 관련 기술을 개발해놓고 석탄기름을 활발히 생산 중이다. 우리나라도 관련 기술 개발에 나서고 있지만 아직까지는 성과가 미흡하다.

 

 

석탄가스화/액화기술에 주목

 

특히, 석탄 활용기술 중에서도 최근 가장 주목받고 있는 기술은 석탄가스화/액화기술이다. 석탄가스화 사업은 석탄을 스팀(H2O)과 같이 고온, 고압상태에서 합성가스(CO+H2)를 제조한 후 이를 이용해 석탄액화, 합성천연가스(SNG), 전력(IGCC), 화학제품을 생산하는 청정석탄 연료화 사업이다.

석탄가스화는 정유, 비료, 화학산업 등에서 활용된 지 50년이나 됐으며, 전력을 생산한 것은 35년 이상이 됐다. 제2차 세계대전 독일에서는 석탄을 이용한 합성석유 생산에 성공했으며, 남아공은 인종차별에 따른 석유금수 조치로 합성석유를 생산했다.

그리고 1970~1980년대에는 1, 2차 오일쇼크로 각국에서 석탄 이용 기술이 적극 개발되었으나 대규모 가스전 개발과 유가 하락으로 석탄이용 기술이 쇠락의 길로 접어들었다. 그러나 최근 고유가, 오일피크 논란에 따라 석탄 이용 산업이 재조명받고 있다.

미래 수소 시대의 수소 공급원으로서 석탄 이용 방안이 대두되고 있다. 석탄 이용 기술이 각광을 받는 것은 매장량이 풍부하고 전 세계에 고르게 분포돼 있어 경제적, 안정적으로 조달이 가능하기 때문이다. 가채매장량으로 볼 때 석유, 천연가스 40년에 비해 석탄은 200여 년으로 청정 이용 기술을 활용함으로써, 향후 탄소규제가 강화되면 이산화탄소 처리에 대한 경쟁력 확보가 가능하다는 것이 전문가들의 견해이다.

미국은 2025년까지 중동 원유 수입의 75% 감축을 목표로 대체에너지 개발에 대한 적극적인 지원에 나서 세계 최대 석탄부국으로 각종 프로젝트를 활발히 추진 중이며, 일본도 정부 주도로 자체 기술을 개발하여 2007년부터 IGCC 프로젝트 250M급 실증플랜트를 운전 중이다. 중국은 에너지 수요 증가에 대비해 2020년까지 석유 사용량의 10%를 대체할 목표를 세워두고 있다.

우리나라도 지난해 9월 지식경제부가 `그린에너지사업 발전전략'을 수립, 대통령에게 보고하면서 9대 분야에 석탄가스화 복합발전, 석탄액화를 포함했다. 이와 함께 지난 2006년부터 2014년까지 서부발전이 `300MW급 IGCC 실증 플랜트 운영기술 개발' 국책과제를 추진하고 있어 관련 기술의 국산화와 노후한 화력발전소를 순차적으로 대체할 계획이지만 국가의 한정된 투자로는 전력 생산단가가 높은 신재생에너지의 전력생산 비율을 단기간에 높이기는 힘들고 태양광과 풍력 발전은 고밀도의 전력 생산이 어렵다는 단점이 있다.

따라서 신재생에너지 관련 기술의 획기적인 기술개발이 이루어질 때까지 온실가스 저감 정책의 가장 효과적인 대안은 석탄가스화 복합발전과 같은 석탄 청정 기술이다. 석탄 이용의 미래기술인 석탄가스화/액화 사업의 상용화를 위한 기술개발이 험난해도 청정에너지를 사용할 수 있는 그날까지 지속적인 관심과 투자는 계속되어야 한다고 본다.

[출처] Special Report l 2012 전기 에너지 시장 이슈 총정리 - 고유가 시대, 미래의 에너지로 석탄의 ‘재구성’ (월간 전기산업) |작성자 무지개별