대기오염의 주범은 석탄? 하이브리드 석탄은 다르다!

대기오염 주범은 석탄? 하이브리드 석탄은 다르다!

  현재 환경문제로 크게 대두 되고 있는 미세먼지. 이 원인중 하나가 화력발전소로 꼽힌다. 최근 정부에서 미세먼지 감축을 위한 대책으로 ‘노후 화력발전소 셧다운’을 발표했다. 과연 노후 한 화력발전소만이 미세먼지의 주범이였을까? 노후 한 화력발전소라는 숲만 보지 말고, 화력발전소에서 사용하는 석탄도 살펴볼 필요가 있다.

 

 2012년 기준으로 1억 2,000만 톤 석탄이 수입되는데, 이 중 약 4,000만 톤은 화력발전소에서 사용하는 인도네시아산 저급탄이다. 5%의 수분을 함유하는 고급탄에 비해 30~50%의 수분을 함유하고 있는 저급탄은 연소 시 불완전 연소 되어 상당한 양의 이산화탄소와 미세먼지를 발생시킨다. 석탄은 연소 시 발생하는 질소산화물(NOX)가 대기 중 오존(O3), 암모니아 등과 반응하여 미세먼지 성분인 질산암모늄(NH4NO3)을 생성한다. [사진1]을 보면 연소 했을 때 흰 연기를 내뿜으면서 불완전 연소를 하는 저급탄과 달리 하이브리드 석탄은 연기가 거의 없다. 그리고 저급탄은 친수성이 높아 현지에서 건조한 상태로 운송을 해도 공기 중의 수분을 흡수하게되고 이 때 열이 발생하게 된다. 자연발화 가능성이 큰 저급탄은 이 열로 인해 운송 중 화재가 날 위험성을 가지고 있다. 또한 열량이 낮아 단위전력 생산하기 위해 많은 양의 석탄이 필요하다.

 하이브리드 석탄의 개발하게 된 계기는 저급탄의 단점들도 있지만, 고급탄의 수급불안과 가격상승으로 인해 매장량이 많은 저급탄 사용량이 증가하면서 환경문제, 효율 등 여러 가지 문제점이 생겼다. 이에 한국에너지기술연구소는 2012년부터 저급탄의 고품위화를 위해 연구를 하였다.

[사진1. 저급탄과 하이브리드 석탄 연소 비교]

 [사진2. 저급탄과 하이브리드 석탄 친수성 비교]

출처: KBS1 뉴스광장

 

-하이브리드 석탄 제조 과정

 수분을 많이 함유 하고 있는 저급탄의 수분을 제거한 후 석탄의 기공에 바이오매스인 사탕수수, 당일, 글리세롤, 바이오 오일 등을 함침 시킨 후 250℃에서 탄화를 진행하면 친수성이 강한 저급탄에서 소수성을 갖는 two-in-one 연료, 하이브리드 석탄으로 재탄생하게 된다.

 필요한 바이오매스는 펄프 공장에서 찌꺼기로 버려지는 당분을 활용하였고, 이로 인해 공정단가를 낮출 수 있었다. 공정 과정 자체도 복잡한 과정을 거치는 것이 아닌 간단하여 기존 발전 설비 변경 없이 사용 가능한 세계 최초의 기술이다.

[그림1. 하이브리드 석탄 만드는 과정]

출처: 한국에너지기술연구원

[그림2. 하이브리드 석탄 공정 모형도]

출처: 한국에너지기술연구원 하이브리드 석탄 소개 영상

 

 한국에너지기술연구원 하이브리드 석탄 소개 영상에서 연구책임자인 최영찬 박사는 알갱이 모양의 하이브리드 석탄을 사용하는 경우 수송 시 발생할 수 있는 분진이 발생 저감을 통해 유실되는 연료를 줄일 수가 있고, 자연발화를 지연함으로써 화재 발생을 예방할 수 있다고 하였다. 그리고 강한 소수성을 가져 수분이 흡착되는 것을 방지함으로써 수송비를 크게 절감이 가능 하며, CO2를 30%이상 저감할 수 있는 기술이라고 발표하였다.

 화력발전소에서 500MW를 발전하기 위해서는 인도네시아 저급탄 기준으로 시간당 약 296톤이 필요하지만, 하이브리드 석탄은 시간당 약 197톤이면 충분하다. 이산화탄소 발생량을 30%줄여 대기오염을 방지 할 수 있을 뿐만 아니라 발전효율이 향상된 만큼 경제적인 효과까지 가져왔다. 게다가 RPS(신재생에너지 의무할당제) 확보도 가능해진다.

 

-하이브리드 석탄의 미래

 인도네시아에서 수입하는 저급탄을 하이브리드 석탄으로 대체하여 국내 상용화와 인도네시아, 몽골, 르완다 등 석탄 생산국에 기술을 수출할 계획이다. 이를 통해 전략적 자원외교 실현까지도 가능할 것으로 기대 하고 있다. 연구책임자 최영찬 박사는 2017년 일일 2톤 규모의 바이오당액 추출 시스템 구축 및 시운전할 계획을 세웠고, 2세대 비식량자원 활용이 가능할 것이라고 말했다.

 

하이브리드 석탄은 석탄을 연료로 이용하는 석탄 화력발전소, 제철소는 물론 모든 분야에 활용이 가능하다고 한다. 대기오염의 주범인 석탄을 대체한 에너지원이 많아 졌지만, 고품위화한 하이브리드 석탄이라면 얘기가 달라진다. 이런 석탄이라면 그린에너지가 될 수 있다고 생각한다. 석탄이 산업혁명에 영향을 끼쳤다면 하이브리드 석탄은 에너지 혁명에 영향을 끼칠 수 있지 않을까.