한국전력, 이산화탄소 포집기술 개발 속도…탄소중립 실현에 앞장

한전 직원이 LNG발전에서 발생하는 온실가스 감축을 위해 CO2 포집 흡수제를 개발하고 있다. 【사진 제공=한전】

한국전력공사가 기후변화 대응 기술로 탄소중립 실현에 앞장서고 있다. 특히 한전은 액화천연가스(LNG) 도입 과정에서 발생하는 냉열을 활용해 이산화탄소를 포집하는 기술, 전력을 생산하는 기술, LNG 발전에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 기술까지 전 과정에 걸쳐서 효율 향상과 탄소중립 실현을 위한 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

한국은 천연가스를 전량 LNG 형태로 선박으로 수입하고 있다. LNG는 영하 162도의 극저온 상태로 운반되며 LNG를 산업계 또는 가정에서 연료로 사용하기 위해서는 열을 가해 상온의 가스 상태로 변환하는 기화 과정이 필요하다.

LNG의 기화 과정에서 약 200㎉/㎏의 극저온 냉열이 바다로 버려지게 된다. 한전은 한국중부발전과 공동으로 이러한 LNG 냉열을 활용해 이산화탄소를 포집하는 기술과 전력을 생산하는 기술 개발에 착수했다.

한전 전력연구원은 LNG 기화 시 발생하는 냉열을 이용해 화력발전에서 배출되는 이산화탄소를 포집하는 '심냉 CO2 포집 기술 개발'을 정부지원 과제로 지난해 11월 착수했다.

심냉 CO2 포집 기술은 CO2 포집 공정에서 화학물질을 사용하지 않기 때문에 환경적으로 안전하고, 폐냉열을 이용할 수 있어 기존 포집 공정 대비 비용을 50%까지 절감할 수 있는 장점이 있다.

또 한전 전력연구원은 올해 2월 중부발전과 'LNG 기화냉열을 이용한 냉열 병합발전 기술' 공동 개발에 착수했다. LNG 냉열병합발전 기술은 LNG가 보유하고 있는 초저온 미활용 에너지와 상온 열원의 높은 온도차를 이용해 전기를 생산하고, 전기 생산 후 남은 냉열을 회수해 수용가로 냉열을 공급하는 탄소 저감 기술이다.

LNG 냉열병합발전 기술은 LNG의 기화 시에는 에너지가 소비되지만, 다양한 열원과 연계해 LNG를 기화시킴과 동시에 전력을 생산해 시스템의 효율을 향상시킨다. 기존 화석연료 발전방식과 비교 시 온실가스가 발생하지 않는다는 장점도 있다.

추후 한전은 LNG 냉열병합발전의 시험설비를 개발하고 성능 시험을 통해 LNG 냉열 활용을 위한 설계안 및 적용 방안을 도출할 계획이다. '초저온-상온' 순환을 위한 냉매와 발전 방식 선정, 시스템 최적화를 위한 사이클 설계, 초저온 기화를 위한 열교환 계통 설계 등을 수행할 예정이다.

한전 전력연구원은 산업통상자원부, 한국에너지기술평가원의 지원으로 한국동서발전, 한국남동발전, 한국중부발전, 한국서부발전, 한국남부발전과 함께 국내 최초로 LNG 복합화력발전소에서 발생하는 온실가스를 줄이기 위한 'LNG 발전의 연소 후 습식 CO2 포집 기술'의 실증연구도 2021년 11월에 착수했다.

LNG 발전의 연소 후 습식 CO2 포집 기술은 아민계열의 액체 흡수제를 사용해 LNG 복합화력의 배기가스 중 CO2를 선택적으로 분리·회수하는 기술을 말한다.

석탄발전소, 제철소 등의 배기가스보다 상대적으로 낮은 CO2 농도 조건에서도 포집률을 90% 이상으로 높이고 포집에 필요한 에너지사용량을 최소화하는 것이 핵심이다.

한전 전력연구원은 LNG발전소의 CO2 포집비용 절감을 위해 상용 흡수제(모노에탄올아민) 대비 에너지 사용량을 25% 이상 감소시킬 수 있는 흡수제 개발을 진행 중이다. 울산복합발전소와 연계해 하루 10t의 CO2를 포집할 수 있는 규모의 CO2 포집·압축액화 실증설비 기본설계를 완료하고 구축에 나섰다.

향후 한전은 LNG 도입에서 발생하는 폐냉열을 활용해 이산화탄소를 심냉 포집하고, 전력을 생산하는 냉열병합발전 기술을 2027년까지 상용화할 예정이다.

또 세계 최대 규모의 천연가스 매체순환연소 기술을 실증해 청정발전 기술을 향상시킬 계획이다.

아울러 한전 전력연구원은 2020년 석탄화력발전소에서 10㎿급 습식 CO2 포집설비를 준공했고 세계 최고 수준의 성능으로 1만시간 이상 연속 운전에 성공했다.

이러한 연구역량을 바탕으로 LNG 발전에 최적화된 CO2 포집 기술을 조기에 확보한다는 구상이다.

이중호 한전 전력연구원장은 "전력연구원은 그동안 석탄화력발전소의 CO2 포집 기술 등 축적된 기술역량을 바탕으로 앞으로 LNG 발전 분야의 기후변화 대응기술 개발로 전력산업뿐만 아니라 산업계 전반의 국가 온실가스 저감목표에 기여해 탄소중립을 실현하는 데 앞장설 것"이라고 밝혔다.