서부발전, 수소에너지 사회 ‘한 걸음 더’
서부발전, 수소에너지 사회 ‘한 걸음 더’
  • 조강희 기자
  • 승인 2019.08.12 10:26
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IGFC 기술 개발 박차 고순도 수소 생산 성공
수소연료전지 발전 시험 예정도
서부발전이 운용 중인 석탄가스화 복합발전설비(IGCC) 전경
서부발전이 운용 중인 석탄가스화 복합발전설비(IGCC) 전경

[한국에너지신문] 한국서부발전(사장 김병숙)이 수소에너지 사회를 앞당기는 데에 일조하고 있다. 이 회사는 최근 석탄가스화복합발전(IGCC)을 통해 만들어진 석탄가스로 고순도의 수소를 생산 후, 이 수소를 연료전지의 연료로 재활용하여 전기를 생산하는 ‘석탄가스화 연료전지발전(IGFC)’ 시스템을 개발하고 있다.

■ 석탄가스화 기술 기반 구축

최근 수소의 대량 생산 가능성으로 큰 주목을 받고 있는 IGCC가 서부발전의 사업소 중 하나이자 코어 발전소인 태안발전본부에서 한창 가동 중이다.

서부발전은 이러한 IGCC의 운영을 통해 이산화탄소와 각종 유해물질 배출을 천연가스 복합발전 수준으로 획기적으로 줄일 수 있다는 점에 만족하지 않고, 이와 연계된 IGFC 개발 연구에 박차를 가하고 있다.

한전 전력연구원, 고등기술연구원, PTK, 영남대학교와 공동으로 2016년 12월부터 ‘IGFC 적용을 위한 석탄합성가스 정제 및 전환기술 개발’ 과제를 정부로부터 지원받아 수행 중이다.

서부발전은 2020년까지 석탄합성가스 정제 및 전환기술을 개발, 고순도의 수소를 자체 생산하고 이와 연계하여 100㎾급 수소연료전지로 발전하는 것을 목표로 하고 있다.
 
■ 고순도 수소 생산 방식 다양화

IGFC 기술의 핵심은 황(S)이나 중금속, 미세 분진 등이 포함된 석탄가스를 연료전지의 연료로 사용 가능한 고순도의 수소로 전환하는 것이다.

여기에는 황화합물, 미량의 불순물, 분진 등을 제거하는 기술과 일산화탄소를 수소로 전환하는 기술(합성가스 전환), 그리고 이산화탄소를 분리·제거하기 위한 흡착기술 등이 포함된다.

현재는 정부과제 참여 기관별로 기술 개발이 한창 진행 중이며, 태안발전본부 IGCC 부지 내 IGFC 테스트베드를 만들어 파일럿 플랜트 등 시험 설비를 통해 기술개발에 매진하고 있다.

그 결과 지난해 11월 연구설비를 활용, IGCC 공정에서 추출한 석탄가스를 정제 및 전환하여 99.99%의 고순도 수소를 최초로 생산하는 성과를 거뒀다. 이 시험을 통해 약 300㎏의 수소를 생산했으며, 이는 수소 자동차로 3만㎞의 거리를 이동할 수 있는 수준이다.

■ IGFC 개발 성공 열쇠, 수소연료전지 개발

석탄가스화 복합발전(IGCC)·석탄가스화 연료전지발전(IGFC) 개요도
석탄가스화 복합발전(IGCC)·석탄가스화 연료전지발전(IGFC) 개요도

IGFC 기술의 또 다른 한 축을 이루는 핵심은 고순도 수소를 이용하여 연료전지로 발전하는 것이다. 연료전지의 종류에는 인산형(PAFC), 용융탄산염(MCFC), 고체산화물(SOFC), 고분자전해질(PEMFC) 등이 있다.

서부발전은 고등기술연구원과 함께 지난 5월 국산화 연료전지 기술 개발 및 안정적 수급을 위해 국내 기업과 100㎾급 PEMFC 형식의 연료전지를 개발하기로 협약한 바 있다.

서부발전에 따르면, 개발 초기 PEMFC 연료전지는 석탄가스 내 일산화탄소와 유황에 의한 피독 가능성이 높아 고려 대상이 아니었지만, 자동차의 연료전지로 사용될 만큼 가동 횟수에 제한이 적고, 대량생산 가능성이 확대됨에 따라 경제성이 향상되어 최종 선정되었다고 한다.

서부발전은 연료전지를 제작 중이며 올해 말 현장 설치 및 발전 시험을 통한 장시간의 안정적인 전력생산 가능성을 타진해 볼 계획이다.

한편 IGFC 기술은 석탄가스화, 가스터빈 복합발전, 고순도 정제, 연료전지 발전이 하나로 합쳐진 기술이다. 일반 석탄 화력에 비해 발전 효율이 높고 이산화탄소나 유해 물질 배출량이 적어 기존 석탄 화력을 대체할 신개념 발전기술로 전망도 밝은 편이다.

서부발전 관계자는 “업계의 IGFC 핵심기술 연구는 최종단계”라며 “대용량화 등으로 건설비를 낮추는 노력과 REC 가중치 상향 등의 정책 지원이 필요하다”고 말했다. 


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