석탄 합성가스, 초고순도 수소로 전환 연료전지 연계 발전
[한국에너지신문] 한전 전력연구원(원장 배성환)은 석탄으로 수소를 만들어 연료전지를 이용해 전기를 생산하는 공정과 설비를 개발했다.
연구원이 서부발전, PTK, 고등기술연구원, 영남대학교와 공동으로 개발한 이 기술은 온실가스와 미세먼지 등 오염물질 배출이 전혀 없는 친환경 공정이다.
이번에 개발한 기술은 ‘석탄가스화 연료전지 복합발전(IGFC)용 고순도 수소 생산 시스템’으로 명명됐다. 석탄을 직접 태워 전기를 생산하는 기존 화력발전이나 석탄에서 합성가스를 만들어 발전하는 석탄가스화복합발전(IGCC)과 달리 ‘석탄가스화 연료전지 복합발전’은 석탄에서 만들어진 합성가스를 다시 수소가스로 바꿔 연료전지를 이용해 전기와 열을 생산하는 방법이다.
연료전지는 최대 60%에 이르는 높은 효율을 자랑하며, 석탄에서 배출되는 이산화탄소와 황산화물(NOx) 등 오염물질과 미세먼지 등의 배출이 거의 없다. 친환경 고효율 발전기술로 온실가스 감축과 에너지 효율 향상을 동시에 꾀할 수 있는 미래 유망 기술로 손꼽히고 있다.
전력연구원은 석탄 합성가스에 포함된 일산화탄소, 황화합물, 미세분진 등을 제거해 99.99% 이상의 고순도 수소를 제조하는 공정을 개발했다. 시간당 160N㎥의 수소를 생산할 수 있는 IGFC용 석탄합성가스 정제 및 전환 설비를 갖췄다.
석탄 합성가스에는 주성분인 수소, 일산화탄소와 함께 소량의 수증기, 이산화탄소, 황화합물, 메탄가스 등이 섞여 있다. 연료전지에 직접 사용할 경우 연료전지의 성능이 떨어진다.
인산연료전지(PAFC)나 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 등 다양한 형태의 연료전지는 석탄합성가스 정제 및 전환 설비를 통해 생산되는 고순도 수소를 이용해 전기와 열을 생산할 수 있다.
한전 전력연구원은 2018년 5월까지 서부발전 태안화력본부 IGCC 플랜트의 석탄가스화 설비 및 100㎾급 인산연료전지를 연계해 성능 실증을 수행한다.
연구원 관계자는 “석탄 합성가스를 이용한 ㎿급 연료전지 발전을 위한 기반기술을 확보해 석탄가스화 기술, 가스 정제 및 분리기술, 연료전지 제조기술 등을 개발해 보급하고, 해외 시장 진출도 도모할 것”이라고 말했다.
