[한국에너지신문] 한국전력 전력연구원(원장 김동섭)은 차세대 친환경 신발전기술인 케미컬 루핑 연소(CLC, Chemical Looping Combustion)를 이용한 이산화탄소 원천분리연소의 핵심 물질인 ‘니켈(Ni)계 산소전달입자” 개발에 성공했다.
케미컬 루핑 연소는 매체순환연소라고도 하며 기술은 화석연료가 공기 또는 산소와 직접 접촉하는 기존 연소방식과 달리 두 개의 반응기내에서 산소전달입자가 순환하면서 연소과정 없이 연료를 연소시키는 발전기술이다.
공정 내에서 별도의 포집설비 없이 이산화탄소를 원천적으로 분리할 수 있고 질소산화물(NOx) 발생이 없고 발전효율이 높은 차세대 저공해-고효율 발전기술이다.
케미컬 루핑 연소는 산소전달입자의 산화-환원 반응이 두 개의 반응기에서 일어나는 연소 공정으로, 공기반응기 또는 산화반응기에서 산소전달입자에 포함된 금속성분(M)이 공기 중의 산소와 반응하여 금속산화물(MO)로 된 후 연료반응기 또는 환원반응기로 이송되며, 연료반응기에서는 금속산화물과 연료가 반응해 이산화탄소와 물을 생성하면서 금속산화물은 금속(M)으로 환원돼 다시 공기반응기로 재순환된다.
이번에 전력연구원에서 개발한 니켈계 산소전달입자는 산소전달량과 산소 전달속도에서 모두 세계 최고 성능을 보유했다. 또한, 강도도 우수해 그 동안 이 기술의 가장 큰 애로 사항 중의 하나인 입자의 내마모도 문제도 해결했다.
전력연구원의 니켈계 산소전달입자의 산소전달량은 약 12 wt%로서, 기존 유럽연합에서 개발한 세계 최고 성능의 입자인 8 wt%에 비해 40% 이상 높고, 마모손실율 또한 기존 20%정도에서 10% 이하로 낮춰 충분한 강도를 확보했다.
전력연구원은 지난 2011년 한국에너지기술연구원과 공동으로 200 kWth 상압 파일럿 시스템에서 산화니켈계 산소전달입자를 이용해 가스를 연료로 하는 이산화탄소 원천분리연소 기술을 입증하고 확보했다.
전력연구원은 본 기술의 특허 출원과 함께 산소전달입자의 산소전달량 및 강도를 20% 이상 추가 향상시키기 위한 연구를 진행 중이며, 고가인 니켈을 대체할 철, 망간 등 저가 금속을 이용한 산소전달입자도 개발하고 있다.
2017년까지 공동연구기관인 한국에너지기술연구원과 함께 0.5MWth 가압 파일럿 이산화탄소원천분리 연소설비를 구축하고 개발한 산소전달입자의 연료 연소성능과 장기 내구성 시험을 거칠 예정이다.
전력연구원 연구 관계자는 “본 이산화탄소 원천분리 기술은 이산화탄소 포집 비용 절감효과가 가장 높을 것으로 예상되는 혁신기술로서 탄소 포집 저장 기술의 비용 및 에너지손실 문제를 해결할 수 있을 것”이라 말하며, 본 기술 개발을 통해 국제적인 온실가스 감축 압박에 대응할 “국내 고유의 저비용 친환경 이산화탄소 포집 기술을 확보할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
