한국서부발전은 지난 2016년 8월 국내 최초로 충청남도 태안에 300MW급 태안IGCC 실증 플랜트를 준공해 운영 중이다.
한국전력 전력연구원에 따르면 석탄가스화 복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle, 이하 ‘IGCC’)은 고온·고압 조건에서 석탄을 산소·증기와 반응시켜 수소 및 일산화탄소로 전환한 후 가스터빈 연료로 활용하는 기술이다.
가스화 반응 중 고온에서 용융되어 석탄 회분이 유리 형태로 제거됨으로써 미세먼지가 없고 유해가스 배출이 적은 것이 특징이다.
특히 석탄가스화를 통한 수소생산은 물을 전기분해하여 수소를 얻는 비용의 20% 정도 수준으로 저렴하다.
IGCC의 연계 기술인 석탄가스화 연료전지(Integrated Gasification Fuel Cell, 이하 ‘IGFC’)는 석탄가스화에서 생산된 합성가스(주성분: 수소·일산화탄소)를 고순도로 정제해 연료전지의 연료로 이용해 전력과 열에너지를 생산하는 차세대 융복합 기술이다.
한전 전력연구원은 지난해(2019년) 11월 세계 최초로 태안IGCC 설비에서 생산하는 합성가스를 활용한 연료전지 연계운전에 성공한 바 있다.
이번 연계운전에 사용된 연료전지는 에스퓨얼셀이 개발한 순수수소용 발전용 연료전지(PEMFC)로, PEMFC도 발전용 연료전지로서 충분한 경쟁력이 있다는 것을 입증했다는 점에서 의미가 크다.
IGCC 합성가스 활용 IGFC 개발
한전 전력연구원, 한국서부발전 및 고등기술연구원 등은 지난 2016년부터 ‘IGFC 적용을 위한 석탄 합성가스 정제 및 전환기술 개발’ 국책과제를 통해 서부발전 태안발전본부 IGCC 부지 내에 IGFC 시험 시스템을 구축했다.
전력연구원에 따르면 석탄가스화-수소연료전지 연계 기술은 가스터빈 용량을 초과하는 잉여 수소를 사용해 전력을 생산하기 때문에 경제적이다(?)
하지만 연료전지에 적합한 고순도의 수소를 생산하는 기술개발이 필수적이다.
이를 위해 전력연구원은 고등기술연구원과 공동으로 정제기술을 개발했다.
석탄 합성가스에 포함된 일산화탄소, 황화합물, 미세분진 등을 제거해 99.99% 이상의 고순도 수소를 제조하는 공정을 개발하고, 시간당 160N㎥의 수소를 생산할 수 있는 IGFC용 석탄 합성가스 정제 및 전환 설비를 구축했다.
석탄 합성가스를 정제 과정 없이 연료전지에 직접 사용할 경우 연료전지의 성능이 떨어지는 문제가 있다.
고순도 수소 제조 공정이 개발됨으로써 이러한 문제를 해결할 수 있게 됐다.
