▲ FEP융합연구단 순산소 발전 실증플랜트 – 2MWe 플랜트 내부

한국에너지기술연구원(원장 김종남)이 대기오염의 획기적 개성 및 CO2와 물의 재이용이 가능한 초청정 에너지 생산기술개발을 위해 미국 에너지기술연구소와 손을 잡고 연구에 박차를 가한다.

에기연은 최근 미국 에너지부(Department of Energy) 산하 국립에너지기술연구소와 공동연구개발협정(CRADA)을 체결을 통해 ‘순산소 연소 발전 기술’ 개발에 나서고 있다고 지난 26일 밝혔다.

순산소 연소 발전은 연료 연소 시 공기 대신 순수한 산소를 사용함으로써 배기가스 내 CO2 농도를 높여 손쉽게 CO2를 포집하고, 공기연소 대비 굴뚝으로 배출되는 배기가스 양을 80% 감소시켜 초미세먼지 유발 물질인 대기 오염물질 배출량을 저감할 수 있는 초청정 고효율 미래 에너지 기술이다.

이번 국제공동 연구가 추진 된 배경에는 FEP융합연구단(단장 이재구)의 우수한 순산소 순환유동층 연소 기술 개발 역량이 있다. FEP융합연구단은 국내 최초로 배가스 재순환 설비를 이용한 순산소 순환유동층 연소 기술 개발에 성공한 바 있다.

공기연소에서 순산소연소 전환 완료 시간을 40분 이내에 할 수 있으며, 연소 중 순도 95% 이상의 CO2 포집이 가능하다. 실증설비에서는 CO2 원천분리가 90% 이상 가능하다.

공기 연소 대비 배기가스량 80% 이상 감소하고, 오염 물질 배출량을 감소시킨다.

또한 발전용수를 절약해 증발식 냉각탑 대비 냉각수 소비량을 50% 이상 절감하고, 배기가스 수분 회수율을 60% 이살 달성할 수 있다.

현재 에너지연 본원에 2MWe급 순산소 연소 발전 플랜트를 시운전 중에 있으며 NETL측도 미국에서 순산소 연소 개발연구를 수행 중에 있어 국제공동연구 통해 네트워크 및 인력교류를 강화하고 친환경 발전기술에 더욱 고삐를 당길 예정이다.

에너지연은 해외기관과 국제공동연구를 강화하는 노력을 지속해 온 결과 지난 4월 ‘가스 하이드레이트 기술 공동연구’로 국내에서는 최초로 미국의 국립 에너지 연구기관인 NETL과 CRADA를 체결했으며, 이번 두 번째 협약을 체결함으로써 한미 양국의 기술개발 협력 네트워크를 더욱 공고하게 다지게 됐다.

미국 국립에너지기술연구소(NETL)는 미국 에너지부(DOE)의 17개 국립연구소 중 하나로서 국가에너지 안보 목표 달성을 위해 에너지인프라 강화 및 에너지산업 활성화, 효율적인 자원개발 및 에너지 전환 기술 증진과 환경지속성에 역점을 두고 연구하는 세계 최고의 에너지기술연구소이다.

에너지연 FEP융합연구단 이효진 박사 연구진은 이번 NETL과의 협업을 통해, 순산소 연소 발전소 모델링 및 공정 최적화 연구를 수행해 최적의 공정 구성 및 운전 조건을 찾고 경제성 평가를 통해 기존 기술과의 경제적 이점을 비교하기 위한 연구를 진행한다.

순산소 연소 발전소의 효율 향상을 위해서는 발전소를 구성하는 각 기기의 효율 향상뿐 아니라, 각 기기를 연결해 전체 공정을 최적화 하는 것이 필요하다. 하지만 기존 상용 모사프로그램으로 연구를 수행하기에는 한계가 있어, 에너지연은 공동 연구를 통해 NETL에서 개발 중인 소프트웨어 ‘IDAES’를 이용해 순산소 연소 발전소의 전 공정 최적화 연구를 수행한다. 이번 연구를 통해 도출한 최적화된 공정 구성 및 운전 조건은 한국형 상용급 초임계 순산소 순환유동층 발전 플랜트 설계 기준으로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

NETL은 이번 국제공동연구를 통해 순산소 연소발전 실험데이터를 기반으로 한 모델 검증을 할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 NETL은 에너지연의 IDAES를 이용한 모델링 및 최적화 연구를 위해 IDAES 공정모델을 제공하고 경제성 평가를 수행할 예정이다.

에너지연의 연구역량이 순산소 연소기술 개발을 위한 실험과 현장적용에 집중되어 있는 반면, NETL은 공정시스템 분야의 뛰어난 연구역량 및 인력을 확보하고 있어 새로운 소프트웨어를 개발하는 등 컴퓨터 기반 엔지니어링 연구관련 세계 최고 수준의 연구를 수행하고 있다.

이처럼 양 기관은 각각의 뛰어난 연구역량 및 인력을 활용해 ‘순산소 연소 발전 기술’ 개발에 시너지를 낼 것으로 기대하다. 연구는 공동으로 펀드를 매칭해 2년간 3억 원 규모의 ‘순산소 연소 발전 기술’ 개발을 위한 공동연구를 수행할 예정이다.