일본산업뉴스요약

석탄발전에 암모니아 사용으로 친환경
석탄화력발전의 환경 피해 줄이기 위해

학교 이과 실험에서 암모니아를 발생시켰을 때를 기억하는 사람이라면 그 강한 냄새에 얼굴을 찌푸릴 것이다. 이 암모니아가 석탄화력발전소의 이산화탄소 배출량 감소를 도와준다고 한다. 이러한 암모니아의 이용을 위해 전력회사와 플랜트 제조사 등이 컨소시움을 결성. 2020년까지 도입 개시를 목표로 한다.

-- 석탄에 암모니아를 섞어 연소시켜 CO₂감소 --
오카야마(岡山) 현 구라시키(倉敷) 시의 주고쿠(中國)전력 미즈시마(水島)발전소 2호기. 세도(瀨戶)내해에 위치한 이 발전소에서 7월, 세계 최초로 석탄에 암모니아를 혼합해 연소하는 실험에 성공했다. 주고쿠전력 에네르기아종합연구소의 다니가와(谷川) 매니저는 “실용화는 비용 대비 효과에 좌우된다”라며 충분한 성과를 얻었음을 시사했다.

질소산화물(NOx)의 제거용으로 사용되는 암모니아를 실험에서는 연료로써 사용하기 위해 새로운 배관을 설치했다. 석탄에 암모니아를 0.8% 혼합해도 발전 효과는 낮아지지 않았고, 우려되었던 NOx 농도도 상승하지 않았다. 그렇다면 왜 암모니아를 혼합하는 것일까? 그 이유는 전세계적으로 석탄 화력에 대한 인식이 나빠졌기 때문이다.

-- CO₂ 배출 3% 줄어 --
11월 독일 본에서 열린 제 23차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP23)에서는 이산화탄소를 대량 배출하는 석탄화력을 문제시하는 의견이 연이어 제기되었다. 많은 석탄화력발전소를 가지고 있고 해외로 수출하려고 하는 일본에 대한 비판의 목소리도 높아지고 있다. 한편, 정부는 낮은 발전 비용과 안정된 공급 등의 관점에서 석탄화력에 대한 의존을 바로 중지할 수는 없다고 밝히고 있다.

그러나 석탄에 암모니아를 20% 혼합할 경우, 개발 중의 석탄가스화 복합발전(IGCC)과 석탄가스화 연료전지복합발전(IGFC) 수준으로 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있게 된다. 국내의 모든 석탄화력발전소에서 시행된다면 일본 전체의 이산화탄소 배출량을 3% 줄일 수 있다고 한다. 암모니아는 석탄화력의 ‘구세주’가 될 가능성이 있다.

암모니아는 비료만이 아닌, 연료로써도 사용이 가능한 편리한 물질이다. 1930년대에는 유럽에서 암모니아가 혼합된 연료로 버스와 자동차가 주행한 적도 있었다. 불이 붙기 어려워 연료의 주역으로는 석유에 뒤쳐졌지만, 암모니아는 연소 시에 이산화탄소를 배출하지 않는다는 장점을 가지고 있다.

-- 약 20개 단체가 연대 --
암모니아의 화학식은 ‘NH3’. 태워도 이산화탄소 대신 물이 배출되는 등 유력한 친환경 에너지이다. 하지만 암모니아를 생성할 때 대량의 이산화탄소가 발생된다. 이러한 난점을 극복하기 위해 7월에 결성된 것이 ‘그린 암모니아 컨소시엄’이다. 컨소시엄에는 전력회사와 플랜트 제조사, 상사, 연구기관 등 약 20개 단체가 참가하고 있다.

암모니아는 일반적으로 ‘공기로부터 빵을 만드는 방법’으로 불리는 ‘하버보슈 공정’으로 제조한다. 철을 촉매로 사용해 질소가스와 수소가스로부터 암모니아를 합성하기 위해서는 고온, 고압 상태로 만들어야 한다. 이를 위해 화학 반응에 사용되는 에너지는 인류가 소비하는 전체 에너지의 1% 이상이라고 한다.

그러나 컨소시엄의 프로그램 디렉터를 맡고 있는 도쿄가스의 무라키(村木) 고문은 “대량의 이산화탄소를 배출하는 것을 방지할 수 있다”라고 강조한다. 사우디아라비아에서는 유전에 이산화탄소를 주입하면서 암모니아를 제조하는 것을 검토하고 있다. 미국의 멕시코연안에서도 노르웨이의 비료 제조업체 Yara International과 공동으로 2019년에 재생에너지 전력을 이용해 암모니아를 제조하는 방향으로 논의가 이루어지고 있다.

암모니아를 석탄이나 천연가스와 혼합해 연소하는 기술 연구도 추진되고 있다. IHI는 아이오이(相生)공장(효고 현)에서 석탄화력용 보일러에 암모니아를 20% 혼합해 연소하는 시험을 계획하고 있어, 2018년에 실제 사용을 상정한 기존 설계에 착수할 계획이다.

요코하마(橫浜)사업소에서는 2018년까지 주로 공장에서 사용되는 발전 전력 2,000킬로와트(kW)의 가스터빈으로 암모니아를 20% 혼합하는 시험을 시행한다. 후지모리(藤森) 기술개발본부장보좌는 “암모니아를 태우는데 대규모 개선은 불필요하다. 기술면에서는 수소보다 현실성이 높다”라고 말한다.

-- 도요타는 준회원 --
컨소시엄에는 의외의 회사도 참가하고 있다. 수소를 이용한 연료전지차(FCV) 개발∙보급에 주력하고 있는 도요타자동차이다. 암모니아는 수소의 라이벌이 될 수 있기 때문에 도요타는 컨소시엄에 직접 참가하지는 않는다. 그러나 같은 계열의 도요타자동직기(豊田自動織機)와 도요타그룹 연구개발회사인 도요타중앙연구소(아이치 현)이 명단에 이름이 올라 있다. 관계자들 사이에서는 ‘도요타는 준회원’이라고 부른다.

“예전에 도요타 사내에서는 암모니아 연구에 종사하고 있다는 말을 할 수 없었다”. 컨소시엄에 참가한 도요타의 가스 터빈 제조∙판매 자회사, 도요타터빈&시스템(아이치 현)의 도(等) 사장은 이렇게 말한다.

하지만 암모니아로부터 수소를 만들어낼 수 있다. 폭발의 위험성이 있는 수소는 수송∙보관이 어렵다. 한편, 암모니아는 잘 연소되지 않고 수소보다 취급도 쉽다. 예를 들어 수소 스테이션 주변까지 암모니아를 운반하고 그곳에서 수소를 만들어내는 시스템이 구축된다면 도요타가 친환경차의 핵심으로 삼고 있는 FCV의 보급을 뒷받침할 가능성이 있다.

도요타터빈&시스템은 2015년에 산업기술연구소 등과 암모니아만을 태워 약 42kW의 가스 터빈을 회전해 발전에 성공한 실적이 있다. 또한 2019년까지 300kW급의 상용화를 목표로 한다. “소규모 사업소 용도로 특화된 터빈을 제작해 암모니아 수요의 범위를 넓혀나가고 싶다”(도 사장).

컨소시엄은 9월에 암모니아의 공정표를 작성해 자원에너지청에 설명했다. 거기에는 ‘2020년에 재생가능 에너지로 제조한 암모니아를 수입해 소형 터빈으로 연소하는 실증 사업을 시행해, 2020년대 중반에는 본격적으로 도입한다’라고 적혀있다. 정부의 전략에도 반영될 전망이다.

재생가능에너지를 이용한다고 해도 암모니아 제조에는 대량의 에너지가 필요하다. 해외에서 제조할 경우 수송 비용도 증가한다. 이처럼 과제는 산적해있지만 컨소시엄의 활동은 국제에너지기관(IEA)의 보고서에서 재생가능에너지의 활용 사례로 다뤄졌다. 일본발(發) 에너지로써 암모니아가 각광 받을 날이 곧 올 수도 있을 것 같다.

 -- 끝 --