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서부발전, 석탄가스화 연료전지 발전시스템 개발 ‘박차’

고순도 수소생산 및 100kW급 연료전지 발전 목표
올해 말 PEMFC 현장 설치 및 발전 시험 개시 예정


[월간수소경제 이종수 기자] 한국서부발전(사장 김병숙, 이하 ‘서부발전’)은 석탄가스화복합발전(이하 ‘IGCC’)을 통해 만들어진 석탄가스로 고순도의 수소를 생산한 후 이 수소를 연료전지의 연료로 재활용해 전기를 생산하는 ‘석탄가스화 연료전지발전(이하 ’IGFC‘)’ 시스템을 개발 중에 있다고 밝혔다.


서부발전에 따르면 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 이러한 산·학·연 협력을 통해 오는 2020년까지 석탄합성가스 정제 및 전환기술을 개발, 고순도의 수소를 자체 생산하고 이와 연계해 100kW급 수소연료전지로 발전하는 것을 목표로 하고 있다.




IGFC 기술의 핵심은 황(S)이나 중금속, 미세 분진 등이 포함된 석탄가스를 연료전지의 연료로 사용할 수 있는 고순도의 수소로 전환시키는 것이다. 여기에는 황화합물, 미량의 불순물, 분진 등을 제거하는 기술과 일산화탄소를 수소로 전환시키는 기술(합성가스 전환), 이산화탄소를 분리·제거하기 위한 흡착기술 등이 포함된다.


현재 정부 과제 참여 기관별로 기술개발이 한창 진행 중이며, 태안발전본부 IGCC 부지 내 IGFC 테스트 베드(Test Bed)를 구축해 파일럿 플랜트 등 시험설비를 통한 기술개발에 매진하고 있다.


그 결과 지난해 11월 연구설비를 활용, IGCC 공정에서 추출한 석탄가스를 정제·전환해 99.99%의 고순도 수소를 최초로 생산하는 성과를 거뒀다. 이 시험을 통해 약 300kg의 수소를 생산했으며, 이는 수소전기차로 3만km의 거리를 이동할 수 있는 수준이다.


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


서부발전은 고등기술연구원과 함께 지난 5월 국산화 연료전지 기술개발 및 안정적 수급을 위해 국내 기업과 100kW급 PEMFC 형식의 연료전지를 개발하기로 협약한 바 있다.


개발 초기 PEMFC는 석탄가스 내 CO 및 유황에 의한 피독 가능성이 높아 고려 대상이 아니었지만 자동차의 연료전지로 사용될 만큼 가동 횟수에 제한이 적고, 대량생산 가능성이 확대됨에 따라 경제성이 향상되어 최종 선정됐다. 


현재 서부발전은 연료전지를 제작 중에 있으며, 올해 말 현장 설치 및 발전 시험을 통한 장시간의 안정적인 전력생산 가능성을 확인할 계획이다.


IGFC 기술은 석탄가스화, 가스터빈 복합발전, 고순도 정제, 연료전지 발전이 융·복합된 차세대 신기술로, 이 분야의 국·내외 시장 선점 시 고부가가치 산업 육성과 고용증대 효과 등 파급효과가 매우 클 것으로 예상된다.


일반 석탄화력에 비해 발전효율이 높고 이산화탄소나 유해물질 배출량이 적어 기존 석탄 화력을 대체할 신개념 발전기술로서 향후 전망도 밝은 편이다.


서부발전 관계자는 “IGFC 핵심기술 연구가 최종단계에 도달한 상태로, 수소경제로의 에너지 전환을 선도하는 신기술이 곧 탄생할 것”이라며 “이러한 신기술이 국내 전력산업계에 성공적으로 정착되기 위해서는 설비 대용량화와 표준화를 통한 보급 확대로 건설비를 낮추려는 노력과 REC(신재생에너지 공급인증) 이행비용 보전, REC 가중치 상향 등 정책적 지원 역시 필요하다”고 전했다.




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