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[고든 정의 TECH+] CO₂ 포집·저장 기술, 석탄발전의 구세주 될까

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▲ 밀턴R.영 화력발전소.(출처: 민코타발전조합)

석탄은 고대부터 현대까지 인류가 사용해온 화석연료입니다. 기원전 몇천 년 전부터 석탄을 사용한 흔적이 있으며 고대 그리스 문헌에서도 석탄을 이용해 금속을 제련했다는 기록이 나옵니다. 다만 석탄이 주요 에너지원으로 사용된 시기는 산업혁명 이후입니다. 석탄을 태우는 증기기관은 이 시기를 대표하는 동력원이었습니다. 20세기 들어 석유와 천연가스의 소비가 폭발적으로 증가하면서 석탄의 위상은 다소 낮아졌지만, 여전히 발전 부분에서는 중요한 연료로 사용됐습니다.



그렇지만 현재 석탄화력발전은 큰 위기를 맞고 있습니다. 매년 막대한 양의 이산화탄소와 대기오염 물질을 배출하고 있기 때문입니다. 온실가스 감축과 대기 질 개선 요구가 높아지면서 세계 각국은 석탄화력발전 대신 풍력이나 태양에너지 같은 신재생 에너지에 투자를 늘리고 있습니다. 어쩔 수 없이 화석연료 발전소를 유지해야 하는 상황이라면 그나마 온실가스와 오염물질 배출이 적은 천연가스에 투자가 몰리고 있습니다. 지구의 기온이 빠른 속도로 치솟는 상황에서 석탄화력발전의 미래는 어두울 수밖에 없습니다.

하지만 아직도 전 세계에 막대한 양의 석탄이 남아 있고 현재 가동 중인 석탄 발전소가 적지 않은 상황에서 석탄 자원을 그냥 포기하기는 아깝다는 의견도 있습니다. 일부 과학자와 기업은 신기술을 통해 석탄을 친환경 에너지원으로 바꿀 수 있다고 보고 있습니다. 석탄을 원료로 수소를 추출해 친환경 에너지원으로 사용하거나 기존의 석탄발전소에 이산화탄소 및 오염물질 제거 시스템을 더해 친환경 발전소로 개조하는 것입니다.

이산화탄소 포집·저장(CCS·Carbon Capture and Storage) 기술은 이미 상용화가 가능한 수준까지 발전했습니다. 미국 노스다코타주에 있는 밀턴 R. 영 석탄화력발전소는 2025년까지 455㎿급 화력 발전기에서 나오는 이산화탄소의 90%를 제거하는 CCS 시스템을 적용하겠다고 발표했습니다. 프로젝트 툰드라(Project Tundra)라고 알려진 이 CCS 시스템이 실제로 완성되면 세계 최대의 CCS 석탄 화력발전소가 될 것으로 보입니다. 이미 건설되었거나 계획된 51개의 대형 CCS 시스템 중에 가장 큰 용량을 자랑하기 때문입니다.

프로젝트 툰드라에 사용되는 CCS 시스템의 원리는 간단합니다. 기존의 석탄 화력발전소에서 나온 배기가스에서 미세먼지 같은 불순물을 제거한 후 액체 아민 기반 용액(liquid-based amine solution)이 흐르는 스테인리스관에 통과시키면 이산화탄소가 화학적으로 결합해 배기가스에서 제거됩니다. 이후 이 용액에 열을 가하면 다시 순수한 이산화탄소를 얻을 수 있습니다. 이렇게 분리한 이산화탄소는 석유나 천연가스 생산을 늘리기 위해 유정에 투입하거나 혹은 지층 깊숙한 곳에 매립해 저장합니다.

CCS 시스템의 장점은 기존의 석탄화력발전소를 그대로 사용하면서 추가 시설만 건설하면 되기 때문에 막대한 비용을 들여 건설한 발전 인프라를 유지할 수 있다는 것입니다. 또 석탄화력발전소는 물론이고 다른 화력 발전소나 혹은 이산화탄소가 많이 배출되는 공장에서 발생하는 온실가스도 제거할 수 있다는 장점이 있습니다.

단점은 비용입니다. CCS 시스템을 설치하는 데 막대한 비용이 들뿐만 아니라 유지 운용하는데도 만만치 않은 비용이 들어갑니다. 미국 에너지경제·재무분석연구소(IEEFA)에 따르면 CCS 시스템을 적용할 경우 석탄화력발전소의 발전 단가는 ㎿h당 30달러에서 96달러로 세 배나 비싸질 뿐 아니라 사실 태양광이나 풍력발전보다도 훨씬 높아지게 됩니다.

하지만 밀턴 R. 영 화력발전소를 운영하는 민코타발전조합(Minnkota Power Cooperative) 역시 나름의 계산이 있습니다. 이산화탄소 1t을 매립할 때마다 정부에서 최대 50달러의 보조금을 받을 수 있기 때문에 규모의 경제를 통해 CCS 시스템의 운용 비용만 낮출 수 있다면 경제성이 있다고 보는 것입니다. 참고로 프로젝트 툰드라의 목표는 연간 350만t의 이산화탄소를 제거하는 것으로 이는 가솔린 승용차 60만대가 내뿜는 이산화탄소와 맞먹는 엄청난 양입니다.

물론 아무리 비용이 낮아져도 CCS라는 추가 시스템을 적용하는 순간 화력발전소의 발전 단가는 올라갑니다. CCS 석탄발전소보다 이미 상당히 저렴해진 태양광 및 풍력에 적극적으로 투자하는 편이 더 낫다는 의견이 나오는 이유입니다. 하지만 태양광이나 풍력발전은 발전량 변동 폭이 심하고 태양광 같은 경우는 밤에는 발전이 불가능합니다. 발전 단가가 아무리 떨어져도 태양광이나 풍력에너지는 결국 에너지저장시스템(ESS)이나 다른 발전 시스템의 도움이 필요합니다. CCS가 완벽한 보완책은 아니지만, 한 번 시도해볼 가치는 있을 것입니다. 프로젝트 툰드라가 성공할지는 아직 말하기 어렵지만, 의미 있는 성과를 거둔다면 CCS 석탄화력발전소를 확산시키는 기폭제가 될 것으로 보입니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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