굳은 아스팔트 형태의 오리노코 타르(Orinoco-Tar)라 불리는 천연 역청(natural bitumen)을 유동성이 높게 가공(加工)한 연료가 오리멀젼(Orimulsion)이다. 제목으로 신 연료라고 한 것은 국내에서는 연구용으로 도입된 실적이 있을 뿐, 상업용으로는 아직 사용되고 있지 않기 때문이다. 수 차례에 걸쳐 국내 도입 계획이 검토되었으나 외국에서의 실증 경험이 풍부하지 않고 특히 공급 국가가 1 개국이라는 점이 가장 큰 걸림돌이 되어 왔는바, 그 동안 충분한 검토를 거쳐서 국내에의 도입이 확정되어 현재 오리멀젼 사용 발전소의 건설이 추진되고 있는 상태이다. 본 컬럼에서는 오리멀젼의 물리적 특성, 부존 자원량, 외국 사용현황 및 국내 도입 계획 등을 소개하고자 한다.
오리멀젼은 남미 베네주엘라 오리노코 江 북부 유역에 위치하는 Orinoco Belt라는 지역에 풍부하게 매장된 천연 역청에 약 30%의 물과 미량의 계면활성제를 혼합하여 유화 처리한 것으로써 상온에서 취급이 가능하고 수송 및 저장과 연소상의 문제점을 해결한 액체 연료이다.
Orinoco-Tar는 베네주엘라 서남부 오리노코강 유역 약 54,000㎢의 광활한 지역에 총 매장량 1,860억 톤, 가채 매장량 410억 톤이 부존되어 있으며, 이는 사우디 아라비아의 원유 매장량인 390억 톤을 상회하여 500MW 발전소 200기를 200년 동안 가동할 수 있는 물량으로 평가된다. 오리멀젼 제품의 공급은 베네주엘라 국영 석유회사인 PDVSA의 자회사인 BITOR사가 맡고 있다. 오리멀젼의 성상을 중유 및 유연탄과 비교하면 표와 같다.
오리멀젼의 성상 중에서 수분은 중요한 역할을 한다. 수분은 수 마이크론 내지 수십 마이크론 크기의 Orinoco-Tar 주변을 둘러싸고 있어 水中 油滴形의 에멀젼을 이루며 미량의 계면활성제가 오일 입자간의 응집을 방지하고 있다. 이러한 특성은 버너 팁에서 霧化가 이루지는 중유 연소와 달리 버너 이전에서 예비 霧化된 형태이므로 연소성을 향상시킨다. 오리멀젼의 특성은 취급상 중유와 크게 다르지만 연소성 측면에서는 중유의 연장선상에 있다. 그러나 비 뉴턴 유체로서 취급에는 온도, 전단응력 및 오염에 비교적 섬세한 주의를 기울여야한다. 저장시의 온도는 20∼40℃, 무화시는 최대 65℃가 허용되며 수송관 중의 밸브에서의 최대 압력강하는 100psi, 배관중의 전단응력은 500 1/s, 오염은 최대 1% 이내가 허용치이다. 또한 밀도가 높으므로 수송 및 저장중의 외부 유출 시에는 해양, 및 하천 등의 하부에 침전될 가능성이 있어 관리에 특별한 주의가 필요하다. 오리멀젼 보일러의 열효율은 중유보일러와 비교할 때 약 1∼2%가 낮은 데, 이는 연료중의 약 29%를 차지하는 수분이 연소과정의 증발 잠열 및 현열 손실을 초래하기 때문이다. 국내에서의 오리멀젼 발전소의 정밀 경제성은 현재 평가 중이나, 석탄발전소와 비교할 때 일반적으로 총 투자비는 약 15%정도가 낮고, 발전원가는 약 2∼8% 정도가 낮은 것으로 알려지고 있다.
현재 오리멀젼을 사용하는 국가는 캐나다, 일본 등 8개국이며, 총 발전 시설 용량은 5000MW를 상회하고 있으며 이중에서 1개 발전소만 신설이고 여타 발전소는 중유 또는 유연탄 발전소를 연료 전환한 것이다.
우리 나라에서는 1단계로 기존 중유발전소를 오리멀젼 및 중유겸용으로 개조하고, 2단계로 500MW급 2기를 건설할 예정이다.
오리멀젼은 경제적으로 매력이 있는 신 연료이므로 향후 국내에서의 도입, 저장, 수송, 취급 및 연소상의 기술적 경험이 충분하게 확보되었을 때 적용플랜트가 더욱 확산될 것으로 생각된다. 따라서 관련 중공업, 엔지니어링사, 연구소 및 발전회사에서는 앞으로 다양한 각도에서의 시험과 실제 설비운전 실적을 축적하고 설계와 운전기술을 정립하므로서 우리 나라 산업에서의 확대 적용을 기대해 본다.

김종진 박사〈한전 전력연구원 책임연구원〉
(E-mail : jjkim@kepri.re.kr)