화석연료 '석탄' 新에너지로 각광받아
화석연료 '석탄' 新에너지로 각광받아
  • 정치중 기자
  • jcj@energytimes.kr
  • 승인 2008.06.16 10:56
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15배럴급 합성석유 제조설비 입찰 공고
에기원, 전기硏과 함께 ‘IGCC’사업 추진

최근 원유의 가격 급등과 공급부족에 대한 위험회피 방안으로 석탄합성석유가 대두되고 있다.

CTL(Coal To Liquid, 석탄합성석유)이 각광받게 된 것은 석탄의 공급이 원유보다 용이하다는 것. 바이오연료와 달리 작은 땅에서 생산이 가능한 점과 비교적 경제적으로 생산이 가능하다. CLT는 다른 합성석유에 비해 중요한 역할을 차지할 것으로 국내 에너지연구기관들은 전망하고 있다.

이와 더불어 우리나라도 정부를 중심으로 IGCC(석탄가스화복합발전) 개발에 박차를 가하고 있다. 오는 2014년까지 태안화력에 30MW급 IGCC의 실증플랜트를 건설하고 더 나아가 2∼3단계에는 상용화와 수출산업으로의 육성하는 장기적인 계획도 갖고 있다.

본지는 세계 선진국을 중심으로 유가의 고공행진으로 석탄을 이용할 수 있는 기술에 살펴본다. <편집자주>



CTL은 2차 세계대전시 독일과 영국에서 처음으로 시작했다. 이후 남아프리카공화국의 사솔사만이 유일하게 1955년 석탄합성석유 생산을 시작했다. 지금은 하루 15만배럴의 석탄합성석유를 만들고 있다.

현재 추진되는 CLT 프로젝트는 중국의 2만배럴 규모의 석탄직접액화공장이 올해 하반기 경 완공된다. 추가로 오는 2020년까지 연간 3000톤(약 60만배럴/일) 생산할 계획을 수립이라고 한다. 미국도 여러 개의 프로젝트를 추진하고 있다. 호주와 필리핀, 인도네시아, 인도, 독일 등에서도 CLT 프로젝트를 추진하고 있다.

전량 수입에 의존하는 우리나라도 에너지안보 차원에서 CTL에 대한 접근이 필요하다고 인식하고 국가전략산업으로 지원투자가 이뤄지고 있다. 또 이 공정은 직접액화기술과 간접액화기술로 구분되는데 우리나라는 간접액화기술이 적합하다는 결론을 도출하고 에너지기술연구원을 중심으로 연구개발이 활발히 이뤄지고 있다.

이 기술은 고체연료인 석탄을 수증기, 산소와 반응시켜 가스로 전환시키고, 가스화 생성물에 포함된 불순물이 먼지와 황화합물을 제거한 합성가스를 촉매에 의한 탄화수소화합물로 전환시키는 것. 반응조건과 합성가스의 종류에 따라 철 또는 코발트 촉매가 사용된다.

또 석탄에 고온의 압력을 가해 얻어지는 석탄가스화공정을 거쳐 가스화로 발생된 합성가스의 불순물을 제고하는 정제공정과 정제된 가스를 촉매반응시켜 CLT를 얻는 3단계의 공정을 거친다. 3단계 공정에서 고온을 가하면 고온CLT디젤, 저온을 가하면 저온CLT디젤이 각각 생산된다.

저온CTL디젤은 세탄가가 70이상으로 기존 디젤에 비해 크게 높으나 에너지 밀도가 낮은 단점이 있다. 반면 고온CTL디젤은 20%의 방향족을 포함하고 세탄가는 일반 디젤과 유사한 50∼51. 황 함량은 5ppm 이하로 초저유황유이다.

CTL을 기존 엔진에 직접 사용하면 탄화수소와 CO, NOx, 입자상 물질 등의 배출이 일반 디젤에 비해 5∼45% 감소되며, CTL전용엔진을 사용하면 배출물질의 감량이 40∼85%까지 확대되는 등 환경성이 우수하다. 그러나 CTL이 넘어야 할 장벽은 만만치 않다.

문제는 CTL의 설비자체가 고가라는 것. 원유도입가 대비 생산량은 CTL의 경우 일일 3∼8만배럴 정도를 생산해야 경제성이 있지만 이 정도 규모의 공장을 짓기 위해선 3∼10조원 가량의 자금이 필요하다.

에너지기술연구원에서 낸 보고서에 따르면 국제유가가 지금처럼 고공행진을 계속하면 5만배럴 규모의 CTL공장을 앞으로 20년 간 46개 정도 건설될 것으로 전망했다. 또 건설비는 1배럴당 5∼7만 달러로 예측되지만 최근 원자재가격상승으로 10만달러로 예상되고 있다.

CTL기술을 상업적으로 이용 가능한 회사는 간접액화의 남아공 사솔사와 직접액화의 미국 HTI사. 전 세계적으로 CTL에 대한 기술수요는 많지만 기술공급 능력은 부족한 형편. 사솔사의 경우 기술판매는 고려치 않고 있다.

에기원 정헌 합성석유연구단장은 “CTL의 경제성은 석탄의 가격과 초기투자비 등에 좌우된다”며 “간접액화의 경우 고열량 석탄 1톤당 2배럴의 합성석유를 제조할 수 있다”고 밝혔다. 또 그는 “저가 석탄이 공급될 경우 유가가 배럴당 40∼50달러 이상에서 경제성이 확보된다”고 덧붙였다.

에기원은 국내 전기 수요의 일정 부분은 반드시 석탄에서 공급돼야 하고 환경과 석유공급 또한 고려해야 하기 때문에 석탄간접액화기술을 접목한 차세대 석탄 발전기술인 석탄가스화복합발전(IGCC)기술개발 사업을 더욱 활성화시켜야 한다고 강조했다.

고등기술연구원의 윤용승 박사는 “그간 국내에서는 석탄액화에 대한 연구개발에 극히 미미한 투자가 이뤄졌다”며 “CTL은 국내기술에 의한 상용 액화공장의 건설은 어려운 상황”이라고 말했다.

또 윤 박사는 “지난해부터 국내에서도 석탄을 1일 10톤 가스화해 약 15배럴의 석탄합성석유를 생산하는 준 파일럿급 국산 석탄간접액화 통합공정이 개발되기 시작해 오는 2009년 부터는 국내에서 처음으로 석탄액화유의 생산이 될 것”으로 전망했다.

이에 대해 에기원 김재호 에너지전환연구부장은 “석탄을 친환경적으로 사용하는 기술을 개발하는 것은 크게 어렵지 않은 일”이라며 “그간 천대받던 석탄에 대한 연구를 적극 지원해 관련기술을 선점해 나가야 한다”고 말했다.

 


IGCC, 火電 대체 발전원으로 각광
오는 2014년 태안화력에 300MW IGCC 준공


기후변화협약에 따른 온실가스를 감축하고 신재생에너지의 보급률을 높이기 위해 정부는 IGCC(석탄가스화복합발전) 실증연구프로젝트를 추진하고 있다. 이 프로젝트는 이미 미국과 유럽, 일본 등 선진국을 중심으로 기존 화력발전소를 대체할 새로운 발전원으로 손꼽고 있다.

이에 발맞춰 우리 정부도 1단계 사업으로 지난 2006년 11월부터 내년 11월까지 96개월에 걸쳐 ‘한국형 300MW급 IGCC 실증플랜트 운영기술 개발’을 추진하고 있다. 2∼3단계는 오는 2022년까지 폐지되는 발전설비를 IGCC 발전소로 대체하고 나아가 수출산업으로 육성한다.

이와 관련해 서부발전은 오는 2012년까지 태안화력에 300MW급 실증플랜트를 건설하는 실증연구사업을 추진한다. 오는 2014년까지 발전소의 건설과 시운전을 완료할 방침이라고 회사측은 설명했다.

이 발전소는 석탄을 증기, 산소와 함께 고온고압의 가스화기에서 반응시켜 일산화탄서와 수소가 주성분인 연료가스를 제조해 가스터빈을 가동하고, 폐열로 증기를 생산하는 복합발전 시스템을 통해 전기와 열을 공급할 수 있게 된다.

서부발전 관계자는 “석탄을 발전연료로 계속 사용할 경우 CO₂문제를 해결하지 못한다면 장기적으로 석탄을 사용하는데 어려움을 겪을 수 있다”며 “이 프로젝트를 완료하게 되면 오는 2010년 이후 수명이 다하는 150만kW의 발전설비를 IGCC로 대체가 가능하다”고 밝혔다.

IGCC기술은 10년 전 미국에서 시작해 발전소가 가동중이다. 일본도 8대 청정에너지기술을 선정, 석탄 가스화 관련 프로젝트를 추진하고 있다. 이 시장은 GE에너지와 코노코필립스, 쉘 등이 주도하고 있다.

이 기술은 가스화공정으로 생성된 연료가스를 연소시켜 가스터빈을 가동하는 복합발전시스템으로 열효율이 42%정도로 높다. 또 가스터빈의 기술개발과 고온정제설비를 채택할 경우 효율상승도 기대된다.

이 기술과 관련해 고효율 가스터빈과 연료전지, 수소생산, CO₂제거 등 석탄을 활용할 수 있는 미래발전기술의 기반확립이 가능하다. 이와 더불어 ‘Future Gen’사업과 연계 투자로 수소경제시대를 여는 초석이 될 것으로 전문가들은 내다보고 있다.

이 프로젝트를 완료하면 단순 수출에서 나아가 IGCC 플랜트 최적운영을 위한 플랜트 운전감시와 시뮬레이터 개발 등으로 운전성능을 향상시키고 유지보수비용절감이 가능해진다. 또 상용규모와 동일한 고온고압과 석탄합성가스조건에서 내화재와 버너 등의 가스화 핵심부품의 개량실증시험, 재료 부식성 시험 등에도 활용될 수도 있다.

서부발전 관계자는 “IGCC 사업은 고부가가치의 플랜트 설계기술 수출에도 기여할 수 있다”며 “석탄가스화와 정제공정 엔지니어링기술을 확보해 이 가스를 이용한 화학플랜트용 석탄가스화기와 정제설비 등 관련 플랜트 수출이 기대된다”고 밝혔다.


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