이산화탄소로 친환경 연료 만든다

한전, ‘이산화탄소의 바이오메탄화’ 기술 개발 착수
미생물과 CO2가 만나 천연연료 ‘메탄가스’로 전환
이산화탄소 저장 난관을 천연가스 재활용으로 돌파

석탄화력발전소에서 배출되는 대량의 이산화탄소를 이용해 천연가스 발전 연료를 만들어내는 획기적인 기술이 앞으로 2년 안에 확보될 전망이다. 온실가스 주범인 이산화탄소를 오히려 재활용하는 ‘이산화탄소 자원화’로, 온실가스 배출을 줄이면서 경제적으로도 활용하는 친환경·저탄소 미래에너지 개발이 추진되고 있다.

한국전력은 4일 미생물을 이용해 화력발전소에서 나오는 온실가스(이산화탄소)를 천연가스 발전 연료의 주성분인 메탄가스로 전환하는 ‘이산화탄소 바이오메탄화 기술’ 개발에 착수했다고 밝혔다. 2019년까지 원천기술을 확보한 뒤 2023년부터 50㎿급 상용설비를 개발해 보급한다는 계획이다. 이번 프로젝트는 한전과 엘지(LG)히타치 워터솔루션이 주축이 되고, 고등기술연구원·한양대·서울시립대가 참여한다. 모두 33억원의 사업비가 투입된다.

이산화탄소 바이오메탄화 기술의 원리. *클릭하면 크게 볼 수 있습니다

이산화탄소를 바이오메탄으로 바꾸는 기술은 메탄을 생성하는 원천인 미생물과 화력발전소에서 나오는 이산화탄소를 서로 화학반응시켜 연료(메탄가스)로 전환하는 방식이다. ‘메탄화 미생물’(메타노젠)이 대량의 이산화탄소와 결합한 뒤 여기에 수소·유기산·전자를 이용하면 메탄가스가 생성된다. 메탄을 발생시키는 미생물균은 가축 분뇨같은 농촌 폐기물과 음식물 쓰레기·하수처리설비 등에서 주로 얻는다.

이번 프로젝트는 메탄가스 생성 반응기에 넣으면 고농도 메탄을 가장 많이 발생하도록 작용하는 최적의 미생물균을 찾아내 대량 증식하는 게 관건이다. 핵심설비인 반응기(메탄가스 생산플랜트)도 개발해야 한다.

반응기 개발을 둘러싸고 국제적으로 지적재산권 특허경쟁도 일고 있다. 독일·덴마크 등에서는 약 70억원을 투입해 비슷한 연구를 진행 중이다. 한전은 “50㎿급 반응기 1기를 이용해 하루 1천톤의 이산화탄소를 메탄으로 전환해 천연가스 발전연료로 활용하면 연간 600억원의 액화천연가스(LNG) 연료비 대체 효과가 기대된다”고 말했다.

석탄화력발전소에서 하루에 발생하는 이산화탄소는 1㎿급 발전설비당 무려 약 20톤에 이른다. 이 대규모 이산화탄소를 포집하는 기술은 확보돼 있으나 영구 저장·처분하기는 매우 어렵다. 이산화탄소 포집 기술 개발은 한전이 세계에서 5번째로 성공했다. 주지선 한국전력 전력연구원 책임연구원은 “이산화탄소는 땅속에 묻거나 바다속에 저장해 처리해야 하는데 이 거대한 양의 이산화탄소를 저장할 마땅한 곳을 찾기가 어렵다”며 “엘엔지 복합화력발전소로 향하는 가스배관망 압력을 조정하면 미생물과 이산화탄소가 반응해 생성된 대량의 메탄가스를 보내 엘엔지 연료를 대체할 수 있다”고 말했다. 기존에 버려지던 이산화탄소를 발전·난방·취사 연료로 전환해 사용할 수 있다는 것이다.

이 기술이 확보되면 태양광·풍력 등 신재생에너지에서 만들어진 잉여발전량도 미생물 및 이산화탄소와 결합시켜 메탄가스로 전환시킬 수 있다. 주 연구원은 “저장해두었다가 필요할 때 꺼내 쓰는 ‘피투지’(P2G·Power to Gas) 에너지 저장장치로도 활용될 수 있어 바람·구름 등 날씨 변화에 따라 시시각각 변하는 풍력·태양광발전의 출력을 안정적으로 유지할 수 있게 된다”고 말했다.

조계완 기자 [e-mail]