전력수급 안정성을 확보하면서 석탄 발전을 청정 발전으로 전환시키는 '암모니아 혼소'기술이 국내 최초로 개발됐다. 혼소는
한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 문태영 청정연료연구실 연구팀이 국내 최초로 순환유동층 연소 시스템에서 이산화탄소 발생을 감축시키는 암모니아 혼소 운전 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 혼소는 2종 이상 연료를 혼합해 연소하는 기술이다. 순환유동층 연소는 뜨거운 모래가 순환하면서 고체연료가 연소되는 친환경 화력발전방식이다.
암모니아 혼소 기술은 기존 발전 플랜트 및 송배전선로 등 전력 인프라를 그대로 활용할 수 있다는 장점이 있다. 탄소중립 산단 구축, 'RE100(재생에너지 100%)' 구현에도 활용 가능하다.
개발 기술은 상업용 순환유동층 보일러를 모사한 100kWth(kilo watts thermal)급 순환유동층 연소시스템에서 암모니아를 연료로 활용하는 기술이다. 순환유동층 암모니아 혼소 기술은 현재까지 국내외에서 시도되거나 보고된 바 없다. 기존 설비 변경을 최소화하면서 이산화탄소와 질소산화물을 동시 저감하는 암모니아 혼소 운전 기술로 특허도 확보했다.
암모니아는 무탄소지만 1㎏ 중 0.8235㎏ 질소를 함유한다. 석탄이나 바이오매스와 같은 탄소계 고체연료를 암모니아와 혼소하면 이산화탄소 감축이 가능하다.
다만 질소산화물 증가, 암모니아 미연소 등이 발생할 수 있어 이들을 동시 감축하는 기술 개발이 필요하다.
연구진은 850도 이상 온도의 모래가 존재하는 연소로 하부, 750도 이상 모래가 연소로로 순환되는 배관에 액상 암모니아를 40도에서 기화해 공급했다. 연소로 하부에서 암모니아 혼소율 10.2%로 운전할 경우 안정적인 연소로 온도 유지가 이뤄지고 배기가스 내 이산화탄소는 10%가 감축되는 것을 확인했다.
또 암모니아는 연료 역할뿐 아니라 연소로 내에서 환원제 역할을 수행해 SNCR 반응을 유도한다. SNCR은 저감 촉매 없이 연소로에서 질소산화물을 환원시키는 기술이다.
이를 통해 암모니아 혼소율 10.2%와 17.5% 운전에서 질소산화물을 각각 44.7%, 78.6% 감소시킴을 확인했다.
문태영 박사는 “발전 공기업 순환유동층 보일러, 순환유동층 열병합 민간 발전소들의 온실가스 감축에 암모니아 혼소가 대안이 될 수 있다”며 “순수 국산 기술로 온실가스, 질소산화물을 동시 감축하는 무탄소 암모니아 발전 원천기술을 확보하는데 기여할 계획”이라고 밝혔다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
