【이슈현장】 탄소 배출하지 않는 에너지 원료 다각화
2022-05-01

탄소 배출하지 않는 에너지 원료 다각화
암모니아 혼소 기술, 축분 고체연료 기술 등 실증

정부 계획에 따라 수소는 다양한 산업 부문으로 확대돼 수요가 크게 증가할 것으로 예상된다. 이러한 가운데 무탄소 연료인 암모니아는 수소 캐리어로써 수소경제를 견인할 수 있고, 연소를 통해 직접 에너지원으로 활용이 가능하기 때문에 주목받고 있다. 또한 폭발 위험성이 적고 세계적으로 비료 생산에 이용이 활발해 기반 인프라가 잘 갖춰져 있다는 장점이 있어 암모니아를 활용하는 기술 개발이 활발하다. 이외에도 축분을 친환경 에너지 원료로 활용하는 기술 개발도 이루어지고 있다.

정리 이창호 기자 자료 한국전력공사, 한국남부발전

좌측부터, 에너지기술연구원이 개발 중인 암모니아-공기 연소 및 암모니아-공기-석탄 혼소 기술. (자료: 에너지기술연구원)

암모니아 혼소 발전 실증
한국전력과 한국남부발전은 탄소중립을 위한 기술개발의 일환으로 석탄발전에 암모니아를 섞어서 발전하는 기술을 개발하고 있다. 특히 그 실증을 위해 암모니아 저장탱크 등 관련 인프라 구축을 본격적으로 추진한다고 밝혔다.

한전은 산업통상자원부로부터 지난 1월 ‘암모니아 발전기반 인프라 구축사업’의 주관기관으로 선정된 바 있다. 한전은 전력산업기반기금 240억 원을 지원받아 액화 암모니아 3만 톤을 저장할 수 있는 탱크 등을 건설할 계획이다. 이를 위해 한전은 지난 3월 공모절차를 통해 한국남부발전을 수행기관으로 최종 선정해 석탄발전소에 관련 설비를 건설하기로 했다. 한전과 남부발전은 4월 19일 한전 전력연구원에서 국고보조사업의 주관기관과 수행기관으로서 업무협약을 체결했다.

남부발전은 전력산업기반기금 240억 원에 자체예산 160억 원을 투입해 암모니아 저장탱크 등을 건설한다고 밝혔다. 또한, 기존 석탄발전 보일러 개조작업이 완료되는 2025년부터 석탄발전기 1기(1 GW)에 암모니아를 20% 혼소해 발전할 계획이다. 이렇게 되면 이산화탄소를 연간 140만 톤 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

이번 실증사업이 성공적으로 마무리되면 한전은 발전사들과 협력해 2030년에는 석탄발전기 43기 중 24기에 암모니아 20%를 혼소해 발전하고, 2050년에는 수소 또는 암모니아를 100% 사용해 발전함으로써 온실가스를 배출하지 않고 전기를 생산할 계획이다.
암모니아 발전기반 인프라 구축사업 협약. 왼쪽부터 한국남부발전 심재원 사업본부장과 한국전력 최현근 전력혁신본부장

기존 전력설비의 좌초자산화 막는 기술
무탄소 연료인 암모니아(NH3)를 기존 석탄발전에 혼소하는 기술은 전 세계적으로 아직 상용화된 사례는 없다. 이 기술이 상용화된다면 탄소배출을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 기존 석탄발전소와 그와 연계된 송변전 설비를 활용할 수 있다. 탄소중립 추진에 따라 기존 전력설비는 좌초자산화할 가능성이 크지만, 혼소 기술은 기존 설비를 재활용할 수 있어 이를 막을 수 있다.

국제에너지기구(IEA)도 암모니아 연료 전원과 관련해 “기존 전력설비의 좌초자산화를 최소화”할 수 있고, “재생에너지의 변동성에 대한 유연성을 제공할 수 있어전력부문 탈탄소화의 핵심방안 중 하나”라고 밝힌 바 있다. 이에 전 세계 각국은 수소와 암모니아를 연료로 하는 무탄소 전원 기술을 앞 다투어 개발하고 있다. 한국 정부는 지난해 10월에 〈2050 탄소중립 시나리오〉를 발표하면서 2050년까지 전력수요의 최대 21.5%를 수소와 암모니아를 연료로 하는 무탄소 전원으로 전환한다는 계획을 발표하기도 했다.


가축 분뇨로 난방열과 전기 생산
한편, 4월 15일 한전과 경상북도는 탄소순환 신재생에너지 자원인 가축분뇨 기반의 축분 고체연료를 이용해 난방열과 전기를 동시에 생산할 수 있는 기술의 실증 시험설비 준공식을 개최했다.

축분 고체연료는 가축분뇨를 건조시키고 압축하여 생산하는 신재생 바이오연료다. 대기 중에 온실가스인 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경 에너지 자원 중 하나로 손꼽힌다. 천연가스나 석유 등과 같은 화석연료를 대체할 경우, 이산화탄소 배출량을 감축할 수 있고 농축산 분야의 에너지전환에 활용할 수 있다. 그러나 국내에서는 가축 분뇨 대부분을 퇴·액비로 처리하고 있다. 그러나 살포지역이 점점 감소하고 있고, 축산업에 대한 규제가 강화돼 가축 분뇨 처리를 둘러싸고 환경오염 문제가 대두되고 있다.

2021년 10월 정부가 발표한 〈2050 탄소중립 시나리오안〉에 따르면 탄소중립 이행을 위해 농·축·수산 부문에서 이산화탄소 배출량을 2018년 대비 약 37% 감축하고자 가축분뇨의 자원순환을 확대하는 것을 명시하고 있다.
축분 고체연료를 이용한 농가 열에너지 공급 실증시험설비 준공식

2024년까지 기술 최적화 및 표준화
한전은 가축 분뇨를 에너지원으로 활용해 환경문제를 개선하고 국가적으로 에너지효율 향상에 기여할 방침이라고 한다. 이를 위해 축분 고체연료를 이용해 난방열과 전기를 동시에 생산하는 기술 개발을 추진하고 있다. 한전은 실증설비를 통해 연간 약 4천 톤의 가축분뇨를 처리할 수 있을 것으로 내다보고 있다.

한전과 경상북도, 규원테크, 켑코이에스는 2021년 5월부터 농·축산 난방에너지의 합리적 사용 및 축산분뇨를 친환경 에너지화하는 기술개발을 목적으로 ‘농업에너지 전환을 위한 축분 연료 이용 농업 열병합 실증’연구과제를 수행하고 있다. 각 기관은 2024년 4월까지 △ 축분 고체연료 전용 보일러 및 열에너지 공급시스템 개발과 보급, 기술 표준화와 더불어, △ 축분 고체연료 인증·공급 기반 구축, △ 탄소배출권 사업모델 확보 등의 공동연구를 수행한다.

한전은 2024년까지 기술 최적화 및 표준화를 완료하고, 경상북도는 연간 50만 톤의 축분 연료를 생산해 62만 톤의 이산화탄소를 절감하는 것을 목표로 세웠다. 이는 탄소중립 실현을 위한 농·축산 분야 이산화탄소 감축 목표의 6.7%에 해당하며, 실증 완료 후 온실가스 저감을 통한 환경 문제 개선을 위해 전국으로 보급할 계획이다.

한전 전력연구원 관계자는 “탄소중립은 선택이 아닌 필수이며, 한전이 보유한 바이오연료 연소 및 활용 기술과 경상북도의 축분 고체연료 확대 정책의 융합을 통해 바이오에너지가 태양광과 풍력에 못지않은 재생에너지의 한 축으로 자리 잡을 수 있기를 희망한다”라고 밝혔다.

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