국내 연구진이 바이오매스를 활용, 화력발전 과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)을 50% 수준으로 줄이는 공정 기술을 개발했다. 바이오매스의 활용도를 높이고 석탄화력발전의 유해성을 줄이는 기반이 될 전망이다.
한국생산기술연구원(원장 이성일)은 양원 고온에너지시스템그룹 박사팀이 연료 혼용으로 석탄화력발전소의 NOx 발생량을 절반으로 줄이는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
질소와 산소 화합물인 NOx는 대기를 산성화시키는 오염 대표 물질이다. 최근에는 초미세먼지의 생성 원인 물질로 지목받고 있다.
NOx 저감의 핵심은 바이오매스를 이용한 '재연소 공정'이다. 바이오매스는 식물이나 동물을 에너지원으로 사용하는 원료다. 대기 오염물질 배출량이 석탄 연료보다 적다. 보통 석탄과 같은 곳에 투입돼 에너지원으로 쓰인다.
반면에 연구팀은 석탄과 바이오매스를 분리 투입, 연소가 두 번 일어나게 했다. 먼저 보일러 버너 하층부에서 석탄을 연소시키고 상층부에 별도로 바이오매스와 공기를 투입, 완전 연소를 유발하는 방식이다. 이 과정에서 NOx가 질소로 환원되고 오염 물질이 급감하게 된다.
연구팀은 바이오매스 사용량을 늘릴 수 있도록 한 기술도 함께 연구했다. 그동안 바이오매스는 유해성이 적음에도 널리 쓰이지 못했다. 내부의 칼륨 성분 탓에 잔여물(슬러지)이 설비 튜브에 쌓여 부식을 유발하기 때문이다. 연소가 잘 이뤄지도록 잘게 만드는 '미분'도 쉽지 않다.
해법은 추가 전 처리 공정에서 찾았다. 추가 미분기를 설치하고 사전에 한 번 더 태우는 '반탄화 공정'을 이용, 바이오매스 사용으로 겪는 어려움을 해소했다. 이 결과 현행 3% 수준인 바이오매스 사용량을 20%까지 늘려도 발전소의 안정 운영이 가능할 수 있게 했다. 최대 바이오매스 사용량은 30%다.
연구팀은 이 기술을 활용하면 전기 발전량의 대부분을 차지하는 석탄화력발전의 유해성을 상당 부분 해소할 수 있다고 설명했다.
현재는 기존에 개발한 기술의 효율성을 높이는 연구에 매진하고 있다. 보일러 성능의 변화를 예측하고 최적의 운영 방식을 제공하는 '스마트 보일러 관리 시스템'도 개발하고 있다.
양원 박사는 “먼 미래에 새로운 발전 기술이 나오기 전까지는 이미 보편화된 화력발전의 유해성을 줄이는 연구가 필수”라면서 “이번 NOx 저감 및 바이오매스 활용 기술은 맑은 미래를 위한 성과”라고 의미를 부여했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
