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세계 최초 석탄가스화 연료전지 실증운전 성공

전력연구원, 서부발전·고등기술硏·에스퓨얼셀과 공동 개발
에스퓨얼셀, 순수 수소용 발전용 연료전지 100kW 납품

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[월간수소경제 이종수 기자] 한국전력 전력연구원이 한국서부발전, 고등기술연구원, 에스퓨얼셀과 함께 세계 최초로 석탄가스화 발전소에서 생산하는 합성가스를 활용한 연료전지 연계운전에 성공했다.


14일 한전 전력연구원과 에스퓨얼셀에 따르면 석탄가스화 복합발전(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle)은 고온·고압 조건에서 석탄을 산소·증기와 반응시켜 수소 및 일산화탄소로 전환한 후 가스터빈 연료로 활용하는 기술이다. 가스화 반응 중 고온에서 용융되어 석탄 회분이 유리 형태로 제거됨으로써 미세먼지가 없고 유해가스 배출도 적은 것이 특징이다. 특히 석탄가스화를 통한 수소생산은 물을 전기분해하여 수소를 얻는 비용의 20% 정도 수준으로 저렴하다.


석탄가스화 연료전지(IGFC, Integrated Gasification Fuel Cell)는 석탄가스화에서 생산된 합성가스를 고순도로 정제해 연료전지의 연료로 이용하는 차세대 융복합 기술이다.



전력연구원, 서부발전 및 고등기술연구원 등은 지난 2016년부터 ‘IGFC 적용을 위한 석탄 합성가스 정제 및 전환기술 개발’ 국책과제를 통해 서부발전 태안발전본부 IGCC 부지 내에 IGFC 시험 시스템을 구축했다.


전력연구원의 석탄가스화-수소 연료전지 연계기술은 가스터빈 용량을 초과하는 잉여 수소를 사용해 전력을 생산하기 때문에 경제적이다. 하지만 연료전지에 적합한 고순도의 수소를 생산하는 기술 개발이 필수적이며, 이를 위해 고등기술연구원과 공동으로 정제기술을 개발했다.


태안화력본부에 석탄가스화-수소 연료전지 연계기술 적용 시 연간 5,000톤의 수소생산과 약 3만 톤의 온실가스 감축이 가능할 것으로 예상된다.


전력연구원은 석탄가스화를 활용한 대규모 수소생산 설비 설계기술 및 수소를 정제하는 과정에서 소모되는 전력량을 줄이기 위한 연구를 추진할 계획이다.


전력연구원 관계자는 “세계 최초로 석탄가스화 복합발전과 연계한 친환경 연료전지기술을 개발했다”라며 “앞으로도 석탄가스화 기술과 연료전지를 결합한 융복합 연구를 활발히 수행할 것”이라고 밝혔다.



특히 이번 IGFC 시스템에 적용된 에스퓨얼셀의 연료전지에 관심이 모아진다.  


에스퓨얼셀은 이번 시험 시스템의 최종단계인 연료전지 발전을 위해 자체 개발한 발전용 연료전지(PEMFC) 100kW를 지난달 납품했다. 당초에는 연료전지 발전을 위해 PAFC를 적용하기로 했지만 수소전기차의 연료전지로 사용될 만큼 신뢰도가 높고 순수 국내기술로 발전용 PEMFC 시스템이 개발됨에 따라 에스퓨얼셀의 연료전지 제품이 최종 선정됐다.


이번에 납품된 연료전지는 에스퓨얼셀이 지난 3년여간 자체 기술로 개발한 발전용 PEMFC 시스템이다.


에스퓨얼셀 관계자는 “이번에 납품한 제품은 국산화율 95% 이상, 전기효율 50% 수준의 단위 모듈 50kW급의 순수 수소용 발전용 연료전지로서 대면적 스택, 수자립 공정 등 에스퓨얼셀만의 독자기술들이 많은 부분 적용되었다”고 밝혔다.


이 관계자는 이어 “기존의 발전용 연료전지로는 PEMFC보다는 대용량 제작에 용이하고 도시가스를 연료로 사용할 경우 발전효율이 42~47% 수준인 PAFC와 MCFC가 주로 사용되었다”며 “이번 경우와 같이 순수 수소를 이용한다면 PEMFC도 발전용 연료전지로서 충분한 경쟁력이 있다는 것을 의미한다”고 설명했다.


한편 국내뿐만 아니라 해외에서도 석탄화력발전소에 대한 개보수 수요가 많은 상황이기 때문에 이러한 시장을 IGFC 기술을 통해 선점한다면 고부가가치 산업육성과 고용증대 효과 등의 파급효과가 클 것으로 예상된다.





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