‘석탄가스화 연료전지 복합발전’ 성능 향상 기대

석탄 합성가스에서 고순도 수소를 제조하는 공정이 개발돼 관심이 모아지고 있다.

한전 전력연구원(원장 배성환)은 지난 11월 16일 한국서부발전(주), (주)PTK, 고등기술연구원, 영남대학교와 공동으로 석탄을 수소로 바꾼 후 연료전지를 통해 전기를 생산하는 ‘석탄가스화 연료전지 복합발전(IGFC)’용 고순도 수소 생산 시스템을 개발했다고 밝혔다.

석탄가스화 연료전지 복합발전은 석탄을 직접 태워 전기를 생산하는 기존 화력발전이나 석탄에서 합성가스를 만들어 발전하는 석탄가스화복합발전(IGCC)과 달리 석탄에서 만들어진 합성가스를 다시 수소로 바꿔 연료전지를 이용해 전기와 열을 생산하는 방법이다. 특히 이 발전기술은 최대 60%에 이르는 연료전지의 높은 효율은 물론 석탄에서 배출되는 이산화탄소와 황산화물(NOx) 등 오염물질과 미세먼지 등의 배출이 거의 없는 친환경 고효율 발전기술로서 온실가스 감축과 에너지 효율 향상을 동시에 꾀할 수 있는 미래 유망 기술로 평가되고 있다.

전력연구원은 석탄 합성가스에 포함된 일산화탄소, 황화합물, 미세분진 등을 제거해 99.99% 이상의 고순도 수소를 제조하는 공정을 개발하고 시간당 160N㎥의 수소를 생산할 수 있는 IGFC용 석탄합성가스 정제 및 전환 설비의 구축을 완료했다.

석탄 합성가스에는 주성분인 수소 및 일산화탄소와 함께 소량의 수증기, 이산화탄소, 황화합물, 메탄 등이 혼합돼 있어 연료전지에 직접 사용할 경우 연료전지의 성능이 떨어지는 문제가 있다. 하지만 이번에 고순도 수소 제조 공정이 개발됨으로써 이러한 문제를 해결할 수 있게 됐다.

인산연료전지(PAFC)나 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 등 다양한 형태의 연료전지는 석탄합성가스 정제 및 전환 설비를 통해 생산되는 고순도 수소를 이용해 전기와 열을 생산한다.

전력연구원은 오는 2018년 5월까지 한국서부발전 태안화력본부 IGCC 플랜트의 석탄가스화 설비 및 100kW급 인산연료전지를 연계해 성능 실증을 수행함으로써 석탄 합성가스를 이용한 MW급 연료전지 발전을 위한 기반기술을 확보할 계획이다.

전력연구원의 관계자는 “석탄가스화 기술, 가스 정제 및 분리기술, 연료전지 제조기술 등 IGFC와 관련된 다양한 기술의 개발과 보급을 통해 전력산업의 동반 성장과 국내 전력산업의 해외 시장 진출에 기여할 것”이라고 밝혔다.