한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 류호정 본부장 연구진이 산·학·연 협력으로 별도 분리설비 없이 98% 이상의 고농도 이산화탄소와 초미세먼지 유발 물질인 15ppm 농도의 질소산화물을 배출할 수 있는 '케미컬루핑 연소 기술' 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.

케미컬루핑 연소기술은 한쪽에서는 공기 중 산소를 흡수, 다른 쪽에서는 산소를 내어줘 연료와 연소해 공기와 이산화탄소를 분리할 수 있는 미래 발전 기술이다. 이는 세계 최초로 고압 조건에서 운전되는 0.5 MWth급 케미컬루핑 플랜트에서 200시간 이상의 장기연속운전을 실증한 기술이다.

기존 가스발전 기술은 산소에 공기 중 포함된 질소가 혼합돼 배출되기에 이산화탄소가 포함돼 있어 이를 분리하기 위한 별도의 포집 설비가 필요했다. 

연구진이 개발한 케미컬루핑 연소기술은 산소 전달 입자를 사용해 연료가 연소되면 이산화탄소와 수증기만 배출된다. 온도를 낮춰 수증기를 물로 바꿔주면 기체 중엔 이산화탄소만 남게 되므로 별도의 분리설비 없이도 이산화탄소를 분리할 수 있다. 

산소 전달 입자는 두 개의 반응기 사이를 순환하면서 재생·사용할 수 있으며 공기와 입자 반응은 화염이 없는 조건에서 일어나 2차 미세먼지 유발물질인 질소산화물 발생도 저감 할 수 있다. 

연구진은 이러한 기술을 이용할 경우 100 MW 천연가스발전 기준 연간 운영이익 144억원, 발전효율 상승 4%, 이산화탄소 포집 비용 30% 절감, 연간 15만 톤의 이산화탄소 감축이 가능할 것으로 보고 있으며 향후 가스발전소 온실가스 포집을 위한 차세대 기술로 각광 받을 것으로 예상하고 있다. 

케미컬루핑 연소기술의 핵심인 공기와 연료가 섞이는 것을 방지하는 공정기술과 산소 교환 입자기술은 각각 한국에너지기술연구원과 한국전력공사 전력연구원에서 주도적으로 개발했다. 
 
류호정 연구책임자는 "기존 석탄 화력 발전소에는 현재 국내에서 개발한 연소 후 포집 기술의 적용이 필요하지만, 새로 건설되는 가스발전소의 경우 미래 신기술을 접목해 이산화탄소 포집 비용을 획기적으로 저감해야 한다"며 "세계 최고수준의 케미컬루핑 연소기술 적용을 통해 온실가스 원천분리가 가능한 차세대 발전기술을 실증하는데 기여할 계획"이라고 말했다.

이번 기술 개발은 산업통상자원부가 지원하는 한국에너지기술평가원 에너지수요관리핵심기술개발사업의 일환으로 진행됐으며 한국에너지기술평가원에서 선정한 2019년 에너지 R&D 우수성과(총 26개 기술) 중 하나로 선정된 바 있다.