세계 최초로 중대형 가스터빈에 수소를 60%까지 섞어 연소 및 발전하는 기술의 상용화가 임박했다. 한화의 ‘59.5% 수소 혼소(混燒) 가스터빈’ 발전이 실증에 성공하면서 이산화탄소(CO₂)와 질소산화물(NOx) 배출을 대폭 줄일 수 있게 됐다. ‘2030 국가 온실가스 감축 목표’(NDC)는 물론 ‘넷제로’(탄소 배출 제로) 달성에도 청신호가 켜졌다.
한화임팩트와 한국서부발전은 21일 충남 서산시에 위치한 한화임팩트 대산 사업장에서 ‘대산 수소터빈발전 실증 기념식’을 개최했다. 이날 행사에는 김희철 한화임팩트 대표이사, 손영창 한화파워시스템 대표이사, 이옥헌 산업통상자원부 수소경제정책관, 박형덕 서부발전 사장 등이 참석했다. 이날 기념식은 한화가 80㎿급 중대형 가스터빈의 혼소율 59.5% 수소 혼소 발전 실증 성과를 축하하기 위해 마련됐다. 배출가스 내 CO₂와 NOx를 획기적으로 저감했다는 평이다.
한화 측은 “59.5%의 혼소율로 발전하는 동안 LNG(액화천연가스) 전소 발전 대비 배출가스 내 CO₂ 저감율은 실증 목표의 최고 수준인 22%를 달성했고, NOx 배출량은 6ppm 이하로 저감했다”며 “국내 LNG 가스터빈 발전소의 NOx 배출허용기준 20ppm 대비 약 30% 수준을 별도 저감장치 없이 달성한 것”이라고 설명했다.
한화에 따르면 미국과 유럽, 일본 등 주요 선진국을 중심으로 수소 혼소 기술 연구가 광범위하게 진행되고 있지만, 실제 상업 운전이 가능한 중대형 가스터빈에서 60%에 육박하는 수소 혼소 발전 실증에 성공한 것은 이번이 세계 최초다. 아울러 중대형 가스터빈의 수소 혼소 발전에서 CO₂ 및 NOx의 배출량 저감 성과 같은 친환경 발전 성과를 거둔 사례는 없었다는 게 한화 측 설명이다.
한화가 가진 ‘수소 연소기 기술’과 ‘화염 제어 기술’이 이번 성과를 견인했다. 통상 NOx는 연소기 내부 온도가 높을수록 더 많이 배출되고, 수소는 LNG보다 연소 온도가 높다. 수소 발전에선 NOx 배출량이 더 많지만, 한화는 별도의 저감장치 없이 연소 조건을 제어해 저공해 연소가 가능한 연소기 기술을 개발했다. 배출가스 내 NOx를 6ppm 이하로 줄였다.
온실 가스 배출량을 줄이기 위해서는 수소 혼소율을 올리면서도 동시에 안정적인 발전 출력을 유지하기 위해 고도의 화염 제어 기술이 필수다. 수소는 LNG보다 7~8배 빠른 속도로 연소되고, 화염이 연료 공급장치로 역류하는 ‘화염 역화’ 현상도 발생할 수 있기 때문이다.
한화임팩트는 상업 운전 중인 서인천복합발전(150㎿)에 혼소 발전 기술을 적용하는 방안을 서부발전과 공동개발할 계획이다.
한화 측은 “이번 실증 성공은 국내 중소·중견기업들과 협력을 통해 국산 기술로서 이뤄낸 성과”라며 “가스터빈 원제작사의 기술 의존 없이 한화의 독자적인 수소 연소기 기술을 더해 혼소 발전이 가능하도록 했다”고 의미를 부여했다.
수소 혼소 발전은 NDC 달성에 있어 중요도가 커지고 있다.
NDC에 따르면 온실가스 배출 비중이 높은 전환(발전) 부문에서는 2018년 온실가스 배출량 대비 45.9%(약 1억2000만t)를 감축해야 한다. 현재 국내에서 가동 중인 LNG 가스터빈을 모두 수소 혼소 터빈으로 바꾼다면 LNG 발전 부분에서 한 해 1600만t 이상의 온실가스 감축이 가능해진다. 이는 발전 부문 NDC의 13%에 해당된다.
한화 관계자는 “수소터빈기술과 터빈 수명연장 재생 기술을 동시에 적용한다면 환경적 역할뿐만 아니라 경제적으로도 중요한 역할을 담당할 수 있다”며 “수소 100%를 연료로 사용하는 무탄소 발전 기술 개발을 위해 대산 실증 사이트에서 100% 전소에 도전할 계획”이라고 말했다.
