'50% 수소혼소 발전' 상용화 눈앞…충남 서산 '실증단지' 가보니 > 기후·환경·에너지 자료

세계 최초로 중대형 가스터빈에 수소를 50%까지 섞어 연소시켜 전력을 생산하는 기술의 상용화가 임박했다. ‘50% 수소혼소 가스터빈’ 발전이 다음달 초 실증에 성공하면 이산화탄소 배출을 대폭 줄일 수 있다. 국가 온실가스 감축 목표(NDC)는 물론 ‘넷제로’(탄소 배출 제로) 달성에도 청신호가 켜진다. 

한화임팩트와 서부발전은 13일 “세계 최초로 중대형(80㎿급 이상) LNG(액화천연가스) 가스터빈에 1%부터 50%까지 수소혼소율을 끌어올리는 실증 작업을 시작했다”고 밝혔다. 양측이 수소혼소(混焼) 발전을 위한 터빈 개조사업에 합의한 지 꼬박 2년 만이다. 

서부발전은 노후화해 운행 정지된 80㎿급 가스터빈과 굴뚝 등을 제공하고, 한화임팩트는 2021년 인수한 미국 PSM과 네덜란드 토마센사의 수소혼소 및 가스터빈 개조 기술을 활용했다.

기존 가스터빈은 이산화탄소 및 질소산화물 배출량이 기준치 이상이지만, LNG 가스터빈에 수소 혼소율을 50%까지 끌어 올리면 이산화탄소는 23% 줄고, 질소산화물도 10ppm 미만으로 기준치(유럽 25ppm 미만, 국내 50∼80ppm 미만) 이하로 떨어지게 된다.

한화임팩트 관계자는 “수소만 태워 발전할 순 있어도 질소산화물을 줄일 수 없다면 의미가 없다”며 “이번에 별도의 저감장치 없이 질소산화물을 줄이는 기술도 접목했다”고 소개했다.

미국과 일본, 유럽 국가들도 수소혼소 발전 기술 개발에 적극 나서고 있다. 다만 미국 GE는 중형 가스터빈에 수소만으로 발전 가능한 실증에 성공했지만 질소산화물이 기준치의 10배 이상 나와 상용화가 멀었고, 일본 미쓰비시히타치파워시스템(MHPS) 등은 30% 수소혼소 발전에 성공한 상황이다. 

◆낡은 터빈의 부활… 세계 첫 ‘50% 수소혼소 발전’ 상용화 눈앞

세계 최초로 중대형 가스터빈에 수소를 50%까지 섞어 연소시켜 전력을 생산하는 기술의 상용화가 임박했다. ‘50% 수소혼소(混焼) 가스터빈’ 발전이 다음달 초 실증에 성공하면 이산화탄소 배출을 대폭 줄일 수 있다. 국가온실가스감축목표(NDC)는 물론, ‘넷제로’(탄소배출 제로) 달성에도 청신호가 켜진다.

한화임팩트와 서부발전은 13일 “세계 최초로 중대형인 80㎿(메가와트)급 액화천연가스(LNG) 가스터빈에 1%부터 50%까지 수소혼소율을 끌어올리는 실증 작업을 시작했다”고 밝혔다. 양측이 수소혼소 발전을 위한 터빈 개조사업에 합의한 지 꼬박 2년 만이다.

서부발전은 노후화해 운행 정지된 80㎿급 가스터빈과 굴뚝 등을 제공하고, 한화임팩트는 2021년 인수한 외국 기업들의 수소혼소 및 가스터빈 개조 기술을 국산화해 50% 수소혼소 발전 상용화를 앞두고 있다. 

7일 방문한 충남 서산 한화 대산사업장의 ‘수소혼소 터빈 실증단지’ 주변엔 크기가 다른 은색 배관들과 하늘색 압축모터, 흰색 탱크 등이 오밀조밀 모여 있었다. 수소는 부피가 커 압축이 필수고, 다른 광물과 쉽게 반응해 스테인리스 배관을 쓴 것이다.

한화 대산사업장에 있는 석유화학 자회사 한화토탈의 부생가스에서 나온 수소가 주원료다. 여기에 외부에서 보충한 수소를 더해 50%의 수소가 LNG와 함께 연소되면서 터빈을 돌려 전력이 생산된다.

한화임팩트는 미국 PSM과 네덜란드 토마센을 2021년 7월 인수했다. 1886년 가스엔진 제작을 시작한 토마센은 137년 된 기업이고, PSM은 1999년 설립됐다. 한화는 두 기업 인수 후 수소혼소 및 터빈 개조 기술 국산화에 성공해 ‘세계 최초’ 타이틀을 추가했다.

한화임팩트 이종수 수소사업부장은 수소혼소율을 50%까지 끌어올려 이산화탄소 배출량을 23% 낮추는 것 외에도 “질소산화물을 LNG 발전 수준인 10ppm 미만으로 유지하는 게 목표”라며 “이번에 별도의 저감장치 없이 질소산화물을 줄이는 기술도 접목했다”고 했다. 

미국과 일본, 유럽 국가들도 기술 개발에 적극적이다. 다만 미국 GE는 중형 가스터빈에 수소만으로 발전 가능한 실증에 성공했지만 질소산화물이 기준치의 10배 이상 나와 상용화가 멀었고, 일본 미쓰비시히타치파워시스템(MHPS) 등은 30% 수소혼소 발전에 성공한 상황이다.

한화임팩트와 서부발전이 수소혼소 발전에 몰두하는 배경은 전 세계적인 온실가스 저감 노력과 맞닿아 있다. 각국이 이산화탄소 배출량 감소 정책에 집중하고 있고, 민간 등에선 기업의 사용전력 100%를 ‘재생에너지 전력으로 구매 또는 자체 생산해 조달’(RE100)하거나 ‘재생에너지 외 원자력까지 포함한 무탄소에너지로 공급’(CF100)하는 운동이 보편화하고 있다. 애플과 아마존 등 글로벌 기업들도 미래의 수출 장벽이 될 수 있는 RE100 등에 적극 대응하고 있다.

환경에 대한 노력이 없는 기업이나 제품을 배제하려는 움직임이 가속화하는 상황에 국내 LNG 발전소는 전체 전력 생산량의 26%인 연간 145TWh(테라와트시)의 전력을 생산하는데, 이산화탄소 배출량은 연간 5300만t에 달한다. 기존 LNG 발전에서 나오는 이산화탄소에 일정량의 수소를 섞어 물로 배출하고, 최종적으론 100% 수소 발전으로 넷제로를 달성하는 게 두 회사의 공통된 목표다. 이 사업부장은 “최대한 많은 LNG 가스터빈의 수소혼소화는 온실가스 감축 목표 달성을 앞당길 수 있다”며 “이번에 실증에 나선 80㎿급 발전소는 약 3600가구가 하루 사용할 전력을 생산한다”고 소개했다.

서부발전과 한화임팩트가 힘을 합친 건 2년이 넘었다. 서부발전은 평택1복합 발전설비에 1994년 준공돼 2017년 12월 가동을 멈춘 가스터빈을 외부에 매각하려고 했다. 한화임팩트가 2020년 12월 이번 사업을 제안하면서 이듬해 3월 업무협약(MOU) 한 지 2년 만에 실증으로까지 이어졌다. 지난해 4월 대산사업장에 재배치된 가스터빈에 수소가 추가되면서 새 생명을 얻게 된 것이다.

이번 실증이 끝나면 새 작업이 시작된다.

서부발전 관계자는 “이번 실증 이후 서인천사업소의 150㎿급 가스터빈을 수소혼소율 70% 설비로 바꿀 계획”이라며 “70% 혼소율까지 성공하면 연간 13만t의 이산화탄소 발생 저감 효과가 있어 2030년 NDC 달성에 기여할 수 있을 것”이라고 했다. 이산화탄소 13만t은 중형 승용차 약 5만대의 1년 배출량이다. 한화는 수소혼소 발전 기술 국산화를 기반으로 수소 인프라 사업을 전 세계로 확대하려고 한다.

올해 1월 현재 전 세계에 9500기가량의 가스터빈이 설치돼 있는데 2030년까지 연평균 9.4% 증가할 것으로 전망된다. 이 사업부장은 “화석연료 중심 체제의 전환은 시간이 걸리기 때문에 기존 인프라를 사용해 점진적으로 전환할 수 있는 수소혼소 발전이 간극을 메우게 될 것”이라며 “2031년까지 글로벌 가스터빈 전력 시장은 144조원 규모로 성장할 것”이라고 했다. 

[세계일보 3월14일자입니다~]