한국에너지기술연구원 FEP융합연구단(단장 이재구)은 기존 공기 연소 대비 초미세먼지 유발 물질 배출을 80% 이상 낮추고, 연소 중 이산화탄소를 90% 이상 포집할 수 있는 '순산소 순환유동층 연소 기술' 개발에 성공했다고 13일 밝혔다.
'순환유동층 연소' 공정은 950℃이하에서 운전돼 높은 온도를 필요로 하는 다른 화력발전 기술에 비해 열적 질소산화물이 발생하지 않는다.
또 환원제(요소수 혹은 암모니아수)의 공급을 통해 탈질이 가능하며 석회석 입자를 투입하면 탈황까지 가능, 환경 설비 부담이 적다. 기존 화력발전소에 산소 공급과 배기가스 재순환 설비만 추가하면 고농도의 이산화탄소를 포집할 수 있어 다른 이산화탄소 포집 기술에 비해 설비 구성도 쉽다.
특히 연소 중 발생되는 배기가스 대부분은 연소로에 공급돼 재사용, 기존 공기연소 대비 굴뚝으로 배출되는 배기가스의 양이 80% 감소해 결과적으로 초미세먼지 유발 물질인 대기 오염물질의 배출량을 저감할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다.
이번에 연구진이 개발한 기술은 국내 최초로 배기가스 재순환 설비를 적용한 0.1 MWth급 순산소 순환유동층 연소 기술이다. 연소 시 사용되는 산소 농도를 60% 이상으로 높여 사용할 수 있는 세계 최고 수준이다. 때문에 건설비와 운영비도 절감할 수 있다.
연구진은 이 시스템에서 산소 농도 60% 이상으로 운전할 경우 200 kWth급의 출력이 발생하는 것을 확인했다. 같은 설비 용량 대비 2배의 출력을 낼 수 있어 전체 설비를 줄여도 동일한 효율을 나타낼 수 있는 것이다.
이외에도 연구진이 개발한 기술을 이용하면 공기 연소와 순산소 연소의 안정적인 전환이 가능해 순산소 연소 중 발생하는 이산화탄소를 세계 최고 수준인 1시간 이내, 90% 이상으로 포집할 수 있으며 공기 연소 시 발생하는 오염 물질 배출도 최소화할 수 있다.
과제 참여자인 이 연구원의 문태영 박사는 "온실가스 감축과 초미세먼지 저감을 위해서는 획기적인 기술 개발이 시급하다" 며 "순산소 순환유동층 연소 기술에 대한 기본설계, 엔지니어링 및 운영기술들을 순수 국산 기술로 확보하게 돼 온실가스 원천 분리가 가능한 신발전 기술을 실증화하는데 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
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