신에너지 석탄액화, 가스에너지의 효율성과 환경오염 제거

 

목차

 

석탄 액화, 가스화 에너지 

석탄 액화, 가스화 에너지는 석탄과 같은 고체 연료를 액화하거나 가스화시켜 연료를 만드는 기술을 말한다. 석탄의 액화 같은 경우는 휘발유나 경유 등의 고급 액체 연료로 전환시켜 사용할 수 있고 석탄의 가스화 같은 경우는 석탄을 연소시켰을 때 나오는 가스를 이용해 가스 터빈이나 증기 터빈 등을 통해 전기를 만들어 내는 것을 말한다. 이러한 에너지들은 연료로서의 효율을 높여 주고 석탄이 오염의 주범이 된 원인인 황성분을 제거하기 때문에 환경을 생각하는 대체에너지라고 할 수 있다. 

 

 

 

 

환경오염 제거한 석탄액화연료

대체 에너지로서 석탄액화 연료의 가능성을 높게 생각하는 이유는 무엇보다 지구에 자원 보유가 많기 때문이다. 세계의 원유 매장량은 대략 40년 정도가 남았다고 보지만 석탄의 매장량은 약 200년 정도로 보고 있고 원유는 생산되는 나라가 국한되어 있지만 석탄은 전 세계 여러 나라에서 생산해 낼 수 있기 때문에 미래 자원으로의 가치가 충분하다.  

석탄액화연료(CTL: Coal to Liquid)는 비전통 석유의 일종으로 석탄과 천연가스를 혼합하여 만들어낸 합성석유이다. 저급 석탄을 분해해 수분과 환경의 오염의 주범인 불순물들을 제거하고 고급탄으로 바꾼 뒤 이를 태워 수소와 일산화탄소 등으로 가스화해 합성석유, 합성 천연가스(SNG), 화학제품 등 다양한 에너지와 자원으로 전환하는 것이 석탄액화 기술인데 이 기술을 이용해 만드는 것이 바로 석탄액화연료이다. 특히 이 연료를 대체 에너지로 보는 가장 큰 이유는 기존의 자원들과 비교했을 때 이산화 탄소와 이산화황 등의 배출을 확연하게 감소시켜 친환경 연료의 선구주자라고 할 수 있을 정도의 신에너지이기 때문이다. 지금까지의 석탄을 태워 에너지를 만들어 낸다는 사용 방식에서 한발 더 나아가 석탄액화연료는 가스화 공정을 통해 석탄을 합성가스, 화학제품 등 전혀 다른 연료로 변모시킨다는 점에서 획기적인 기술로 인정받고 있다. 또 가장 근본적인 재료가 저급 석탄이기 때문에 상대적으로 자원 확보가 수월하고 석유의 공급이 부족해지는 상황이 되어 고유가가 되는 경우와 천연가스의 가격이 상승하는 것을 대비할 수 있어 경제적인 면에서 가장 가성비가 좋은 대처방안으로 보인다. 

 

 

 

 

따라서 이미 세계 각국에서는 그 개발을 속속 시작하고 사용화 하는 것에 초점을 두고 연구에 박차를 가하고 있다. 현재는 남아프리카 공화국 사솔(남아공 석탄 석유가스공사)에서 이 기술을 보유하고 있고 가장 많이 생산을 하고 있지만 가장 큰 숙제인 이산화탄소 배출과 같은 문제를 해결하는데 투자비가 많이 들어 경제성이 낮아 본격적인 보급은 진행되지 않고 있는 상황이다. 이런 문제의 해결 방안으로 이미 미국, 중국, 일본, 호주, 필리핀, 인도네시아 등에서 경제적인 청정석탄에너지 기술을 개발하는 노력이 그 성과를 차츰 보이고 있다. 미국은 석탄액화연료의 생산 규모가 2005년 시작점에서는 일일 15만 배럴의 생산에서 25년 뒤에는 240만 배럴 정도로 보고 전망 있는 사업으로 지원을 아끼지 않는 중이다. 일본은 이미 80년대부터 석탄액화연료의 연구를 진행해 왔으며 현재는 이를 상업화할 것을 검토하고 있는 중이라 한다. 중국 역시 앞으로 석유 사용량의 10%를 청정석탄으로 대체하겠다는 목표로 개발을 진행하고 있다. 우리나라도 '그린에너지산업 발전전략' 프로젝트에 석탄액화연료 개발을 포함시켜 소규모 설비를 사용해 기술을 개발하고 있다. 

 

석탄 가스화의 효율성

석탄 가스화(Coal gasification)는 석탄을 고열로 기체화 하여 발생하는 가스를 이용해 합성가스를 만들어 발전기 등에 사용하는 것을 말하는데 이렇게 만들어지는 합성가스는 천연가스의 역할을 수행할 수 있다. 

대표적으로 가스화 복합발전기술(IGCC:Integrated Gasification Combined Cycle)이 사용되는데 이는 저급 석탄의 원료를 사용하여 고온, 고압의 가스화기에서 수증기와 함께 한정된 산소로 합성가스를 만들고 이를 정화시켜 가스터빈(1차 발전)과 증기터빈(2차 발전) 등을 움직이게 하는데 효율이 좋으며 친환경적인 기술이다. 

 

 

 

 

특히 이 기술력의 핵심인 구성들을 제대로 설치해야 하는데 합성가스를 생성하는 과정에서 황 화합물 등의 환경적으로 유해한 물질들을 제거하여 합성가스를 만드는 정제공정이 그 하나이고 그다음으로 1차 발전을 일으키는 가스터빈 2차 발전을 일으키는 스팀터빈 등의  에너지를 얻는 복합발전 플랜트 등이 필요한 것이다. 그 외에는 가스화할 때 산소를 공급해야 하기 때문에 대형 산소 플랜트까지 갖추어야 효율적인 석탄 가스화가 이루어진다. 

이 기술의 장점은 기존 석탄의 화력 발전에 비해 효율이 높고,  황산화물 90% 이상, 질소산화물 75% 이상, 이산화탄소 25%를 덜 배출시키므로 친환경적이다. 특히 이 가스화 복합발전기술은 석탄 외에 중질 산사유, 바이오메스, 폐기물 등 다양한 연료로도 생산을 해 낼 수 있다는 특성이 있어 효용성이 좋다. 이런 결과는 석유 같은 천연 연료 자원이 부족한 우리나라의 입장에서 에너지를 비교적 안정적으로 구할 수 있게 된다는 것을 의미한다. 기술의 발전을 위한 투자가 필요로 하기 때문에 당장은 고비용의 지출이 단점이 될 수 있다. 하지만 개발이 끝나는 시점에는 오히려 생산비용이 절감되고 석탄을 액화한 후 가스로 만들게 되면 파이프로 수송이 가능해지기 때문에 운송 부분까지 비용절감이 이루어져 경제성 면에서도 경쟁력이 있어 개발과 연구에 대한 지속적인 관심이 필요하다.