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지속적인 CCU 기술개발로
탄소중립을 실현하다

한국서부발전은 탄소중립을 추구하는 국내외 흐름에 발맞춰 2012년부터 이산화탄소 포집·활용 기술에 투자하며 CCU 기술 상용화를 위해 노력하고 있다. 현재 한국서부발전이 주목하고 기술개발에 참여하고 있는 CCU 기술에 대해 살펴보자.

글 정태성

환경기술처 탄소중립전략부 차장




국내외 정세 흐름에 발맞춰 CCU 기술에 주목

국제에너지기구(IEA)는 2020년에 2070 글로벌 탄소중립 시나리오에서 CCUS 기술 기여도를 총 감축량의 15% 수준으로 제시했고, EU는 2050 탄소중립 시나리오에 CCU 기술을 통해 약 3억 톤(총 감축량 22억 톤 중 14% 수준)을 처리하는 것으로 제시했다. 우리나라 역시 2021년 6월 이산화탄소 포집·활용(CCU) 기술혁신 로드맵을 발표하고, 같은 해 10월에는 2030 NDC 상향안을 통해 2030년까지 CCUS 기술로 연간 1,030만 톤(CCU 630만 톤, CCS 400만 톤)을 감축하겠다는 도전적 목표를 수립했다.
이에 한국서부발전은 국내외 정세 흐름에 부응하고 국가 온실가스 감축목표 달성과 이산화탄소 자원화를 위해 부가가치 창출이 가능한 CCU 기술에 주목했다. 그리고 2012년 부터 이산화탄소 포집·활용 기술에 투자하기 시작했으며, CCU 기술의 상용화를 목표로 기술개발을 추진 중이다. CCU는 ‘Carbon Capture &Utilization’의 약자로 발전, 산업 공정 등에서 배출되는 CO2를 전환하여 잠재적 시장가치가 있는 제품으로 활용하는 기술이다. CO2를 제품으로 활용하는 방법은 화학적 전환, 생물학적 전환, 광물탄산화 이렇게 세 가지로 구분할 수 있다. 화학적 전환은 CO2를 반응원료로 활용하여 화학적 전환을 통해 연료·기초화학제품 등의다양한 탄소화합물로 전환하는 기술이다. 생물학적 전환은CO2를 생물학적으로 고정하여 미세조류 바이오매스를 생산하고, 이를 바이오연료·바이오소재 등으로 제품화하는 기술이며, 광물탄산화는 CO2를 탄산염 형태로 전환 후 고정하는기술이다.


탄소포집기술 개발 및 상용화 선도

한국서부발전은 습식 포집기술을 개발하고 대규모 상용화에 힘쓰고 있다.
습식 포집기술의 대표적인 사례로는 2017년 6월에 Korea CCS 2020 사업의 3단계 핵심과제인 MAB 흡수제 기반 CO2 포집 기술 0.5 MW급 실증개발 사업 참여가 있다. 총 사업비 150억 원 규모의 사업으로 한국에너지기술연구원과 함께 태안발전본부 5호기에 설치된 0.5MW급 이산화탄소 습식 포집 실증 설비를 활용하여 국내 기술진이 개발한 차세대 이산화탄소 흡수제인 MAB의 실증을 성공적으로 완료했다. MAB 흡수제는 상용흡수제 대비 재생에너지 소비를 최대 10%까지 절감하고 흡수제 손실량을 20%까지 감소시킨 세계 최고 수준의 기술이다(아래 그림 참조).
이러한 성과를 토대로 2021년부터 2023년 12월까지 에너지기술연구원, GS건설과 함께 국책과제인 『대규모 CCS 통합실증 및 CCU 상용화 기반구축 사업』에 참여하여, 0.5MW급 포집 실증설비를 활용한 국내 개발흡수제 성능평가 및 석탄화력 대상 150MW급 포집플랜트 상세설계를 진행하고 있다(총 사업비 60억 원). 이 사업을 통해 서해 군산분지의 해양 저장소와 연계한 이산화탄소 포집 및 저장 사업방안을 도출하여 대규모 상용화 기반 확보를 목표로 하고 있다.
이 뿐만 아니라 천연가스 시대에 대비해 2021년부터 2025년 10월까지 4년간 전력연구원 및 발전4사와 함께 236억 원을 투자하여 고효율·저농도 흡수제 개발 및 연 50만톤 이산화탄소 포집플랜트 상세설계 도출에도 박차를 가하고 있다.

CCU 기술 확보를 통한 신사업 발굴

한국서부발전은 CCU 기술 확보를 통한 신사업 발굴에 적극적으로 나서고 있다. 대표적으로 2021년 8월부터 한국전력연구원과 공동으로 이산화탄소를 활용한 수소 및 석유화학 기초원료인 일산화탄소 제조기술 개발에 투자하고 있다.
이 연구를 통해 올해 CO2를 수소로 전환하는 고효율 촉매 개발을 완료했으며, 2023년부터 5kW급(1톤CO2/일) 실증실험을 시작하고 2024년까지 1MW급(5천 톤CO2/일) 소규모 플랜트 설계를 완료할 계획이다. 동시에 향후 소규모 실증 및 경제성 평가를 통해 석유화학단지와 인접한 발전플랜트에 적용 가능한 CCU 신사업을 구상하고 있다. 현재 대부분의 CCU 기술들이 연구단계에 머물러 있고 제품 생산단가가 기존 기술들에 비해 높다는 점을 고려했을 때 지속적인 투자가 필요하다.한국서부발전은 CO2 포집효율을 높여 운영비를 절감할 수 있는 매체순환연소 스팀생산 기술개발에도 투자하고 있다. 매체순환연소란 공기 중의 산소를 Ni계 금속으로 분리한 후 LNG와 연소시켜 고농도의 CO2를 생산하여 포집비용의 40% 이상 절감(90.5→53.5$/tCO2)이 가능한 기술이다. 이 기술은 기존의 LNG 복합발전에 접목하여 분산형 전원으로 활용이 가능한 반면 공기 중의 질소를 연소시키지 않아 NOx 발생이 없는 차세대 친환경 LNG 발전시스템이라고 할 수 있다.
향후 한전 전력연구원, 현대중공업파워시스템, 한국에너지기술연구원과 함께 2023년 3월 소규모 3MWth급 매체순환연소 설비 착공을 시작으로 2025년까지 실증을 통해 상용급인 100MWth 매체순환연소 발전시스템 설계를 도출할 것이다.


CCU 기술을 통한 부가가치 창출

한국서부발전은 2050년 탄소중립을 달성하는데 중요한 감축수단으로 CCU 상용화에 주목하고 있다. 태안발전본부 내 0.5MW급 CO2 습식포집 실증설비를 활용해 최적의 흡수제를 적용한 150MW 대규모 포집설비 설계를 성공적으로 완료하고, 서해권 CO2 저장소 개발 및 CCU 기술과 연계한 사업을 지속해서 발굴할 예정이다.
2023년 「이산화탄소 포집·수송·저장 및 활용에 관한 법률」 입법 발의·시행 이후 공공기관은 CO2 활용제품을 의무적으로 일정 비율을 구매해야 한다. 이에 따라 CO2 활용제품의 시장규모도 동반 확대될 것으로 전망하고 있어 전력판매 이외의 CO2를 활용한 플라스틱 및 건설자재 제조 등 신사업 투자를 통한 회사 부가가치 창출을 계속해서 추진해 나갈 계획이다.