에너지연, LNG발전 가동초기 유해물질 저감촉매 개발

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[아이뉴스24 최상국 기자]한국에너지기술연구원이 천연가스 발전소의 가동 초기에 불완전연소로 다량 배출되는 유해물질인 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2), 미연탄화수소(UHC)를 동시에 90% 이상의 효율로 저감할 수 있는 촉매를 개발했다고 밝혔다.

에너지기술연구원이 개발한 촉매(가운데)를 벌집모양의 허니컴 담체(좌)에 코팅한 모습(우) [사진=에너지연]

천연가스 발전은 탈석탄으로 인한 전력 부족을 메워줄 수 있는 현실적 대안이자, 석탄에 비해 대기오염물질을 8분의 1 수준으로 배출하는 친환경 발전방식이다. 또 가동과 중단을 유연하게 운영할 수 있어 전력수요 변화에 신속한 대응이 가능한 중요 자원이기도 하다. 하지만 빈번한 가동, 중단은 오히려 자동차가 공회전 할 때 유해물질을 내뿜는 것처럼 환경과 인체에 유해한 고농도의 일산화탄소, 미연탄화수소, 이산화질소를 대량 발생시킨다.

일산화탄소, 미연탄화수소, 이산화질소는 천연가스 발전 운전 중에는 거의 배출되지 않으나 가동 개시 또는 재가동 시에는 일산화탄소는 최대 2000 ppm, 미연탄화수소는 최대 7000 ppm, 이산화질소는 최대 80 ppm 의 농도로 배출된다.

더욱이 천연가스 발전소는 대부분 도심 인근에 위치하고 있어 유해물질 발생 시 지역 주민의 건강에 악영향을 끼칠 수 있다. 이에 지난 2019년 환경부는 가동 초기에 발생되는 일산화탄소, 미연탄화수소의 배출 실태를 조사하고, 이를 저감할 수 있는 대책 마련을 요구한 바 있다. 그러나 가동 초기 배출되는 유해물질은 아직 규제대상에 포함돼 있지 않으며, 유해물질 저감을 위한 국산 기술도 없어 해외의 값비싼 촉매를 도입하는 것이 유일한 해결책이다.

연구진이 개발한 촉매는 150~400도(℃)의 넓은 온도 영역에서 활발하게 반응할 수 있도록 설계돼 천연가스 발전이 가동되는 낮은 온도 영역(150~250도(℃))에서도 일산화탄소, 이산화질소, 미연탄화수소를 90% 이상 동시 저감할 수 있다. 연구진은 인천종합에너지와 함께 천연가스 발전 배기가스를 대상으로 한 실증연구를 진행했으며 촉매의 성능과 적용 가능성을 모두 검증 완료했다고 밝혔다.

개발한 촉매는 산화반응과 환원반응을 동시에 촉진할 수 있도록 하는 설계됐다. 일산화탄소와 미연탄화수소는 산소와 반응시켜 인체에 무해한 이산화탄소와 물로 전환하며, 동시에 이산화질소는 환원반응을 통해 일산화질소로 전환한다.

해외의 상용 촉매는 320도(℃)의 높은 온도에서 일산화탄소와 미연탄화수소만 저감이 가능한 반면, 연구진이 개발한 촉매를 활용하면 150도(℃)의 낮은 온도에서도 이산화질소까지 모두 저감할 수 있다. 추가 설비 도입 없이 기존 설비에서 촉매만 교체해 활용할 수 있어 발전업체의 비용 부담 문제도 덜었다.

연구진이 개발한 촉매가 적용된 인천종합에너지의 파일럿(100 Nm3/h급) 실증 설비 [사진=에너지연]

연구책임자인 에너지연 대기청정연구실 황선미 박사는 “세계적으로 환경오염 규제가 강화되고 있으며, 대기오염물질 저감을 위한 기술, 설비에 대한 요구도 가팔라지고 있다. 이번에 개발한 국산 촉매기술을 통해 일산화탄소, 미연탄화수소 등 유해물질 배출 규제에 앞선 선제적 대응이 가능하며, 국내 발전소 맞춤형 기술로 업체와 주민 모두 수용성을 높일 수 있는 기술”이라고 전했다.

에너지연은 이 기술을 관련 기업 1곳에 이전 완료했다고 밝혔다.

연구진 단체사진(아래 줄 왼쪽부터 반시계방향으로) 황선미 책임연구원, 정순관 책임연구원, 정민혜 선임연구원, 길기장 학생연구원, 정혜원 학생연구원, 신지원 학생연구원, 김정탁 박사후연구원 [사진=에너지연]
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