현재 DOE는 지구 온난화와 산성비, 매연, 수은중독 등의 주 원인으로 꼽히는 화석연료가 2003년 총 54억톤 가량 소비됐으며, 2030년에는 106억 톤으로 지금보다 두 배 가량 증가할 것으로 예상하고 있다.
단순하게 생각하면 화석연료 소비량의 증대에 따라 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 배출량도 두 배의 증가가 예견되는 것이다.
하지만 미국 최대의 발전공기업인 아메리칸일렉트릭파워(AEP)사에서 기술발전 매니저를 담당했던 마이크 머드는 석탄 소비량의 증가가 환경오염을 불러오지는 않을 것이라고 주장한다.
그는 현재 11개 주요 에너지회사에서 10억 달러(약 9,380억원)를 투자, 공동 설립한 퓨처젠(FutureGen)사의 최고경영자(CEO)를 맡고 있다.
퓨처젠은 오는 2012년까지 오염물질을 거의 배출하지 않는 석탄발전소를 세우자는 목표 하에 창립한 프로젝트형 기업이다. 이 회사의 275MW급 발전소는 차세대 석탄발전 기술의 새로운 기준을 제시할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
석탄의 25~90%를 차지하는 탄소는 연소할 때 산소와 결합해 에너지를 발생시키지만 이 과정에서 이산화탄소, 유황, 질소산화물, 수은 등과 같은 유해한 화학물질을 방출한다는 환경적 한계를 갖고 있다.
그러나 석탄에 함유된 탄소를 활용, 물(H2O)에 녹아 있는 산소(O2)를 제거함으로서 미래 에너지, 친환경 에너지로 각광받고 있는 수소(H2) 가스를 만들어낼 수 있다.
퓨처젠은 바로 이 같은 석탄의 성질을 이용한 ‘석탄가스화 공정’을 통해 수소를 생산할 계획이다. 고운 입자로 만든 석탄 가루에 고압의 고순도 산소를 공급, 가열하면 수소를 추출해낼 수 있기 때문이다.
석탄가스화 발전소는 이렇게 얻어진 폭발성 수소가스를 연소시켜 전기를 생산하는 일종의 신 개념 화력발전소인 셈이다.
이 과정에서 발생한 이산화탄소는 지하 저장고에 격리되며, 여타 오염물질 또한 불활성 고체로 변형시켜 매장 처리된다.
사실 가스화공정 자체는 전혀 새로운 기술이 아니다. 이 기술은 제2차 세계대전 중 석유 수입이 중단된 독일의 엔지니어들이 수소와 일산화탄소를 혼합한 합성가스를 만들어 사용한 것이 효시다.
오늘날 미국에서는 약 6개의 발전소에서 이러한 합성가스를 사용해 전기를 생산하고 있는데, 이산화탄소 배출량은 일반 발전소와 동일하지만 생성된 오염물질을 추출해 제거 하기가 훨씬 용이하다는 장점이 있다.
이에 따라 현재 미국에서 건설 예정인 154개의 발전소 중 28개가 가스화 기술을 사용할 예정이다.
퓨처젠 발전소는 합성가스에서 오직 수소만을 연소시키는 형태의 진일보한 기술을 사용한다.
추출된 일산화탄소를 증기(뜨거운 공기)와 결합시켜 추가적인 수소 생산이 가능하며, 이산화탄소는 지하 820~4,900m에 마련된 저장소(saline reservoir)에 격리 처리된다.
로렌스 리버모어 국립연구소의 줄리오 프리드먼 박사에 따르면 현재 미국은 앞으로 약 1,000년 동안 미국 내 발전소에서 방출할 2조2,000억톤 가량의 이산화탄소를 저장할 수 있는 지하 격리시설을 갖추고 있는 것으로 알려졌다.
퓨처젠은 올해 7월까지 일리노이와 텍사스에 각각 2개씩, 총 4개 부지에 대한 환경영향평가를 완료하고, 올해 말까지 최종 부지를 선정해 2009년부터 본격적인 발전소 건설을 시작할 계획이다.
지구 온난화 유발 가스의 배출을 억제하기 위한 국제적 노력과 금명간 제정될 미국의 연방탄소배출 규정에 힘입어 퓨처젠은 미국 최대의 석탄 공급업체인 피바디에너지(Peabody)사와 AEP사 등과 같은 대기업들의 지원을 받을 수 있었다. 특히 중국 최대의 석탄 기반 발전기업인 중국화능그룹도 컨소시엄에 참여하고 있다.
이제 퓨처젠의 최대 과제는 앞으로 전 세계의 모든 석탄발전소들이 이산화탄소 배출저감을 위해 벤치마킹, 실천할 수 있는 청사진을 제시해야 한다는 점이다.
물론 에너지 전문가들은 이산화탄소의 분리·제거 기술은 장기적인 해결책이라기보다는 임시방편에 불과하다고 입을 모은다.
하지만 프리먼은 “지금 당장은 다른 해결책이 없습니다. 적어도 석탄 등 화석연료 이외의 친환경 연료가 상용화 될 수 있을 향후 50~100년 동안 이 기술을 사용해야 합니다”라고 강조한다.
석탄의 제2차 산업혁명 친환경 전기 만드는 퓨처젠 발전소
석탄과 물, 산소를 고압에서 재빨리 가열해 혼합가스를 만들어 내고,
그 혼합가스에서 수소를 분리해 전력을 생산해 내는 친환경 발전
소위 19세기 연료로 분류되는 석탄은 사실상 21세기가 된 오늘날에도 여전히 주요 에너지원의 하나로 쓰인다.
특히 세계 최고의 화석연료 생산국인 미국은 연간 11억톤의 석탄을 생산하고 있다. 석탄은 백만 BTU(252,000kcal) 당 1.68달러에 불과해 6.45달러인 천연가스 보다 훨씬 저렴하기 때문이다.
그러나 석탄은 kWh(kilowatt?hour) 당 1,650배의 이산화황산과 4배의 산화질소, 2배의 이산화탄소를 배출해 환경에 미치는 악영향도 월등히 크다.
석탄이 연소할 때 방출하는 이 같은 오염물질에 의한 환경오염을 줄이기 위해 미국 DOE와 주요 에너지기업에서는 석탄에서 청정 수소에너지를 추출하고 이 때 발생하는 이산화탄소를 지하 저장소에 격리하는 퓨처젠 발전소를 설립, 오는 2012년 가동을 개시할 계획이다.
HOW FUTUREGEN WORKS
1단계: 석탄의 기화(氣化)
석탄과 물, 산소를 고압에서 신속히 가열해 수소(H2)와 일산화탄소(CO)가 혼합된 가스를 만들어 낸다.
이 혼합가스를 정제기로 보내 황(S) 성분을 제거하고 수은도 최소 90% 이상 걸러 낸다. 다른 금속 오염물질은 슬래그(slag)라 불리는 불활성 고체물질로 변환시킨다.
2단계: 이산화탄소 제거
1단계 과정을 통해 깨끗해진 혼합가스는 반응기에서 증기(뜨거운 공기)와 결합, 이산화탄소(CO2)와 수소를 만들어낸다.
두 기체를 분리한 후 이산화탄소를 지하 저장소에 격리시킨다. 이산화탄소의 저장은 채굴이 불가능한 석탄 광맥이나 폐유전 등의 폐기장을 활용할 수도 있다
3단계: 전력의 생산
수소를 연소시켜 가스터빈을 작동함으로서 전력을 생산한다. 이 과정에서 배출되는 고온의 가스를 활용, 물을 가열해 증기터빈을 회전시킴으로서 275MW의 전기를 추가 생산할 수 있다.
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