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"쓰레기로 고효율 에너지 만든다"

2015-03-27 17:59

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흰 가운을 입은 연구원들이 폐비닐과 종이 조각, 하수 찌꺼기 같은 쓰레기를 잇따라 기계에

흰 가운을 입은 연구원들이 폐비닐과 종이 조각, 하수 찌꺼기 같은 쓰레기를 잇따라 기계에 집어넣는다. 스팀과 함께 800도에 달하는 열을 가하자 뽀얀 가스가 점점 올라오기 시작한다. 향후 새로운 연료로 주목받게 될 '쓰레기로 만든 메탄가스'가 발생하는 장면이다.

포스코에너지는 현재 네덜란드 ECN에서 개발한 폐자원 가스화기 기술이 한국에 적용 가능한 지 실험을 통해 검증하고 있다. 이 실증 단계는 오는 2017년까지 완료된다.

포스코에너지, 폐자원 가스화기 기술 실증 중

흔히 메탄가스는 이산화탄소보다 약 25배 더 강력한 온실효과를 일으키는 공해물질로 알려져 있다. 하지만 포스코에너지는 메탄가스가 연료로 쓰이는 LNG와 CNG의 주성분이라는 데 초점을 맞췄다. 쓰레기를 발효시켜 얻어낸 합성가스에서 메탄을 추출해 내 에너지로 사용하자는 것이다.

포스코에너지 폐자원 가스화기는 2번에 걸쳐 메탄가스를 모은다. 먼저 바이오매스, 하수 슬러지, 생활쓰레기 등 발열량이 낮은 폐자원을 가스화기 설비에 넣고 스팀을 주입한다. 설비에 800도 열을 가하면 메탄가스(CH₄), 일산화탄소(CO), 수소(H₂) 등으로 구성된 합성가스가 발생하게 된다.

[폐자원 가스화기를 점검하고 있는 포스코에너지 연구원 / 포스코에너지]

이후 합성가스 정제를 위해 칼슘 카보네이트 등 촉매제를 넣는다. 이렇게 하면 염소, 황, 타르 등 불필요한 성분이 제거되고 메탄가스, 일산화탄소, 수소만 남게 된다. 이때 발생한 메탄가스는 따로 저장한다.

마지막으로 합성가스에 남은 일산화탄소와 수소로 다시 메탄가스를 합성한다. 니켈 성분 촉매제를 넣어 일산화탄소와 수소를 반응시키는 것이다.

쓰레기에서 처음 채집한 메탄가스와 화학반응을 통해 만들어낸 메탄가스까지, 2번 메탄화 작용을 일으켜 만들어낸 합성가스는 메탄 함량이 90% 이상으로 매우 높은 열량을 낸다. 연료 전환 효율 역시 다른 기기에 비해 15%나 높다.

[이하 위키트리]

기존 기술에 ‘이중관 구조’ 기술 더해 고효율화

포스코에너지는 국내 최초로 ‘이중관 구조’를 도입해 발열량을 높이고 생산단가를 낮췄다.

이중관 구조의 가장 큰 특징은 단일구조 가스화기에 비해 저온에서 가스화를 진행할 수 있다는 점이다.

단일구조 가스화기는 1300도 고온에서 작동해 고농도 산소가 필요하게 된다. 때문에 산소공장과 대규모 산소화 설비가 필수적으로 갖춰져야 한다는 단점이 있다. 이에 비해 이중관 구조는 상대적으로 저온인 800도에서 가스화가 진행돼, 별도로 산소화 공정이 필요 없다. 산소공장 분만큼 생산단가가 줄어든다는 뜻이다.

포스코에너지 조성호 전문연구원은 “이번에 개발한 이중관 구조는 질소 유입량이 적어 발열량이 높고 투자비도 크게 줄일 수 있다”고 설명했다.

쓰레기 발생량 160톤 넘는 지자체 활용 가능

현재 쓰레기를 자원으로 활용하려면 일일 배출량이 최소 400톤 이상이 돼야 한다. SRF연소발전 및 여열회수로 충분한 열원을 얻기 위해서는 그만큼 많은 쓰레기가 필요하기 때문이다. 전국 61개 권역에서 쓰레기 일일 배출량이 400톤 이상인 대도시는 11개 권역뿐이다.

그렇다면 나머지 50개 권역은 어떻게 쓰레기를 처리하고 있을까. 이들은 대부분 재활용보다 매립과 소각으로 쓰레기를 처리한다. 폐기물 재활용 비용은 톤당 17만 원인 반면, 소각 비용은 4~5만 원에 불과하기 때문이다.

폐자원 가스화 기술은 쓰레기 발생량이 하루 160톤 이상이면 적용이 가능하다. 쓰레기를 태워 열원을 얻을 수도, 재활용할 수도 없는 지자체가 활용하는 데 안성맞춤이다. 포스코에너지는 “(폐자원 가스화 기술은) 우수한 발전 효율로 폐기물 발생량이 하루 160톤 이상을 유지하는 36개 지자체를 대상으로 사업 전개가 가능하다”고 밝혔다.

본격적으로 사업이 시작되면, 폐자원 가스화를 통해 얻은 메탄가스는 다양한 용도로 쓰일 수 있다. 기본적으로 LNG와 CNG의 주성분이기 때문에, 현재 이들 연료로 작동하고 있는 LNG발전소나 CNG차량 연료로 대체 가능하다.

또 가스화 과정에서 나온 수소는 연료전지 발전에, 일산화탄소는 섬유나 플라스틱 등의 화학공정에 사용할 수 있다.

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