최근 지속되고 있는 고유가로 인해 세계 에너지소비의 변화가 일어나고 있고 특히 석유와 가스(각각 약 40년 소비 예상)를 대체할 에너지원에 대한 관심이 커지고 있다.
이러한 가운데 풍부한 매장량, 고른 분포, 비교적 저가라는 측면에서 향후 석유를 대체할 유력한 후보로 석탄(약 200년 소비 예상)이 다시 대두되고 있다.
석탄은 부존량이 상대적으로 풍부하지만 이산화탄소 배출 등의 환경오염을 수반하는 문제의 해결과 석탄을 이용한 신기술의 상용화에는 시간이 소요될 것으로 보인다.
이와 같은 이유로 단기적으로는 석탄 이용의 급격한 확대가 어려울 것으로 보이나 장기적으로 기술발전과 더불어 석탄이 석유의 비중에 근접하는 에너지원으로 부상할 전망이다.
최근 세계를 덮친 금융위기에 버금가는 핫 이슈가 바로 우리나라를 포함한 지구촌 곳곳에서 발생하는 이상기후다.
특히 지구 온난화의 원인으로 지목되고 있는 온실가스의 주범은 이산화탄소인데 화석연료 중에서도 석탄은 탄소 함유량이 높을 뿐만 아니라 연료 효율성은 가장 낮아 단위에너지 생산당 이산화탄소 배출량이 가장 높다.
2005년 교토 의정서 발효에 의해 환경규제가 날로 강화되고 있고 석탄으로 인한 환경오염 문제 해결은 석탄이용 확대를 위해 선결돼야 할 중요한 과제다. 따라서 각국에서는 석탄사용과 관련한 환경오염 물질의 배출을 낮추거나 발전효율을 높이기 위한 기술들이 지속적으로 연구개발 되고 있다.
IEA(International Energy Agency, 국제에너지기구)에 의하면 석탄화력 발전소의 에너지효율은 선진국의 경우 38%, 중국 등의 개발도상국은 30% 정도로 낮다.
기술진보가 더 진행될 것으로 예상되는 2020년 이후에는 50% 이상의 효율도 가능할 것으로 기대된다. 에너지효율이 50%정도가 되면 현재의 38% 수준에 비해 이산화탄소 배출량을 28%까지 줄일 수 있게 된다.
석탄 활용 기술개발 중에서도 최근 가장 주목 받고 있는 기술이 석탄가스화·액화기술이라 할 수 있다.
석탄가스화 사업은 저가의 석탄을 산소, 스팀과 같이 고온(1,300도), 고압(40~80기압)상태에서 합성가스(CO+H₂)를 제조한 후 이를 이용해 합성석유(CTL), 합성천연가스(SNG), 전력(IGCC), 암모니아, 메탄올 등의 화학제품(CTC)을 생산하는 청정석탄 연료화 사업이다.
석탄가스화는 정유, 비료, 화학산업에서 상용 규모로 활용된지 50년 이상 됐으며 전력을 생산한 것은 35년 이상 됐다.
1930~1960년대 2차 세계대전 당시 독일에서 석탄을 이용한 합성석유생산에 성공했으며 남아공에서 인종차별에 따른 석유금수조치로 합성석유를 생산하기 시작했다.
1970~1980년대에는 1, 2차 오일쇼크로 각국에서 석탄이용기술을 적극 개발하기 시작했으며 대규모가스전 개발 및 유가하락으로 석탄이용사업이 쇠락했다.
최근에는 고유가, 오일피크 논란에 따라 석탄이용산업이 재조명받고 있으며 미래 수소시대의 수소공급원으로서 석탄이용방안이 대두되고 있다.
이같이 석탄을 이용한 석탄이용기술이 각광을 받고 있는 것은 매장량이 풍부하고 전세계에 고르게 분포돼 있어 경제적, 안정적으로 조달이 가능하기 때문이다.
가채매장량으로 볼 때에도 석유 40년, 천연가스 60년에 비해 석탄은 130여년으로 청정이용기술을 활용해 환경성이 우수하고 고순도의 CO₂를 경제적으로 포집 가능해 CCS(Carbon Capture & Storage) 처리에 유리하다.
향후 탄소규제가 강화되면 CO₂처리에서 경쟁력 확보가 가능하다는 것이 전문가들의 견해다. 산업측면에서 보면 현재 전세계 약 150여개 플랜트가 가동 중에 있으며 20여개 프로젝트가 신규 추진 중에 있다.
가스화산업 규모는 2015년까지 약 70% 증가할 것으로 예상되며 아시아지역에서 약 80% 증가할 것으로 전망된다. 특히 석유공급부족 및 이로 인한 고유가 가능성, 유가와 연동되는 천연가스 가격의 상승에 대한 적극적인 대처 방안으로 에너지안보, 석유 및 천연가스의 의존도를 저감할 수 있는 경제적 대안으로 석탄이용 기술이 가장 현실적인 방법으로 여겨지고 있다.
미국의 경우 2025년까지 중동 원유수입 75% 감축을 목표로 대체에너지 개발지원에 나서고 있으며 세계 최대 석탄부국으로 각종 프로젝트를 활발히 추진 중이다.
IGCC 2개소(250MW급), SNG 10여개소, CTL 20여개소가 추진 중에 있다. 일본의 경우 정부 주도로 자체기술개발 및 실증사업을 진행 중에 있으며 2007년 9월부터 IGCC 프로젝트 250M급 실증플랜트를 운전 중이다.
또 지난 1983년부터 2000년까지 CTL 프로젝트로 액화기술을 개발한 바 있고 자원에너지청, 도시가스협회, 도시가스사들이 SNG 타당성 검토를 추진 중이다.
중국의 경우 에너지 수요증가에 대비해 전략적으로 석탄을 이용한다는 계획으로 2020년까지 석유 사용량의 10%를 대체할 목표를 세우고 있다.
즉 연간 CTL 3,000만톤, DME 2,000만톤, 메탄올 7,000만톤을 생산한다는 계획이며 연간 300만톤 규모의 대규모 SNG 프로젝트를 내몽고에서 추진 중이다.
그 밖에 스페인, 네덜란드는 250~300MW급 IGCC플랜트를 가동중이며 남아공이 일일 15만 배럴 규모의 CTL플랜트를 운전 중이다.
또 호주, 네덜란드, 영국이 CCS사업과 연계해서 신규 IGCC 플랜트를 추진 중이다.
인도는 지난해 6월 정부로부터 대규모 CTL사업을 승인받은 바 있다. 오바마 미국 대통령은 “청정석탄기술은 미국의 에너지독립을 실현할 수 있는 대안”이라며 “우리는 10년만에 달로 인류를 보냈듯이 석탄을 깨끗하게 태울 수 있는 방법 또한 찾아낼 수 있을 것”이라고 청정석탄 기술개발을 역설하고 있다.
우리나라도 지식경제부가 ‘그린에너지사업 발전전략’을 수립하고 대통령에게 보고하면서 9대분야에 IGCC(석탄가스화 복합발전), CTL(석탄액화)을 포함했다.
또 그린에너지 기술로드맵 15대 과제에 IGCC, 청정연료(CTL/SNG)를 포함해 추진 중이다.
이와 함께 지난 2006년부터 2014년까지 서부발전이 ‘300MW급 IGCC 실증 플랜트 운영기술개발’ 국책과제를 추진중으로 관련기술의 국산화를 조기에 실현하고 국내 노후 화력발전소를 순차적으로 대체할 계획이다.
그러나 IGCC외에 CTL, SNG 등의 분야는 아직 기초 연구개발 단계에 있다. 석탄 일일 10톤을 가스화해 합성석유 일일 15배럴을 생산하는 국산석탄간접액화 공정이 개발 중에 있다.
또한 CCS(Carbon capture & Storage: 화석연료 연소 시 발생하는 이산화탄소를 분리해 저장) 기술을 가스화설비에 접목시킬 경우 이산화탄소 배출량을 제로화하는 것도 가능해진다.
석탄의 가스화 기술은 강화되고 있는 국제 환경규제(특히CO2)에 대비해 전력의 안정적 공급과 환경오염물질 감소라는 조건을 만족시키고 기술개발에 따른 파급효과가 큰 기술로 인식이 확산되고 있다.
앞으로의 발전시장에서 매우 중요한 비중을 차지할 것으로 예상되며 유럽, 미국, 일본 등에서 300MW급 내외의 대용량 석탄가스화 복합발전시스템을 개발, 운전해 경험 축적으로 미래시장에 대비하고 있다.
미국의 Vision 21프로그램, 일본의 EAGLE 프로젝트, 중국의 GreenGen, 호주의 COAL 21 partnership 프로그램, 인도의 국가 장기 계획 등에는 모두 청정석탄 기술개발 추진을 위주로 하고 있다.
교토 의정서 채택에 따라 온실가스 배출절감에 대한 부담을 경감하며 화석연료 사용을 최소화 할 수 있고 국가적으로 대기 환경 보존을 위해 신재생에너지 기술개발을 활성화하기 위한 국가적 노력이 이뤄지고 있다.
국가의 한정적인 투자로 전력 생산단가가 높은 신재생에너지의 비율을 빠른 시간 내에 크게 높이기는 어렵다고 생각된다.
또한 태양광 및 풍력발전은 고밀도 전력 생산이 어렵기 때문에 신재생에너지 관련기술의 획기적인 기술 개발이 이뤄질 때까지 온실가스저감 정책의 가장 효과적인 대안이 석탄가스화 복합발전과 같은 석탄청정기술이라 생각되며 석탄가스화·액화사업의 신뢰성 확보를 위한 원천 기술개발이 지속적으로 이뤄지길 바란다.