최근 초임계 이산화탄소 발전 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 초임계 이산화탄소는 액체와 기체의 성질을 모두 갖고 있는 이산화탄소를 말한다. 높은 온도와 압력을 가해 만드는데 이산화탄소는 31℃, 74기압에서 초임계 상태가 된다.

황인상 기자 his@

정부가 미래 먹거리 기술로 19대 미래성장동력 및 13대 산업엔진의 하나로 선정한 ‘초임계 이산화탄소 발전 기술’은 전 세계에서 각광받는 차세대 기술로, 물대신 이산화탄소를 가열해 터빈을 돌리는 방식이다. 이산화탄소 포집 기술(CCS)로 거둬들인 이산화탄소를 재활용할 수 있기 때문에 기후변화 대응에도 효과적일 것으로 기대를 모으는 중이다.

미래 유망기술  ‘초임계 이산화탄소 발전 기술’

▲ 염충섭 단장

현재 세계 각국에서는 초임계 이산화탄소 개발관련 연구개발에 적극적으로 나서고 있다. 미국 샌디아 국립연구소는 2010년 250kW급 초임계 이산화탄소 발전시스템의 파일럿 시스템을 개발한 데 이어 현재 10MW급 시스템의 상용화를 추진하고 있다. 가까운 일본에서는 2010년 동경공업대 산하의 원자로 공학연구소에서 10kW급 파일럿 시스템을 제작했다. 미국과 일본은 2012년부터 수십 메가와트(MW)급 초임계 이산화탄소 발전시스템을 개발하고 있다. 기존의 발전설비를 대체할 200~300MW급 규모의 시스템 개발을 계획하고 있으며, 이를 미래 전략기술로 지정해 핵심기술의 공개를 금지하고 있다. 이러한 상황에서 염충섭 초임계 CO2 발전시스템추진단장의 행보가 화제다. 염충섭 초임계 CO2 발전시스템추진단장은 “지난 2013년 6월부터 우리나라의 새로운 성장엔진 창출을 위한 R&BD 전략기획을 통해 후보 기술군 80여개를 선정하고, 이중에서 13개의 메가프로젝트를 최종 선정했다.”면서 “해당 과제들은 산업통상자원부가 R&D부터 시험·인증 및 제품화 단계까지를 종합적으로 지원하게 되며, 미래부의 미래성장동력과 합쳐져 19대 미래성장동력 사업으로 같이 추진되고 있다 ”고 설명했다.

현재 20여 개 기관의 인원으로 구성되어 있는 추진단은 염충섭 추진단장의 책임 하에 ‘관련 산업 육성을 위한 R&D, 국제공동연구, 법·제도 개선, 관련 장비개발 및 인프라 구축’ 등의 업무를 수행하고 있다. 초임계 이산화탄소 발전 기술은 에너지 밀도가 높아 발전설비를 가스터빈의 5분의1, 증기터빈의 20분의 1 수준으로 소형화 할 수 있다. 설비 소형화는 제작비용 절감으로 이어지기 때문에 경제적이다. 또한 압축에 필요한 동력이 줄고 열 소모가 없어 40%대의 효율을 낼 수 있다. 뿐만 아니라 기존시스템과 동일한 효율을 유지하면서 공랭식 발전이 가능해 부지선정과 수용성 측면에서의 비용을 크게 절감할 수 있도록 하며, 불필요한 유지보수 비용도 줄일 수 있다. 염충섭 단장은 “다양한 에너지 동력과 융합이 가능하다는 점도 초임계 CO2 발전시스템의 강점이다”면서 “기존의 화력, 원자력, 지열, 태양열, 연료전지 등 거의 대부분의 열원과 연계 및 다양한 폐열 활용에 적용할 수 있기 때문에 현재 국가 에너지 인프라를 충분히 활용할 수 있다. 이와 더불어 분산전원으로서의 활용이 가능하며, 이산화탄소 포집 기술과도 융합하여 거두어들인 이산화탄소를 활용할 수도 있다”고 강조했다.

세계시장 규모 40조원 이상 달해
수백 메가와트(MW)급 초임계 이산화탄소 발전시스템의 국내 시장은 약 2조원 규모로 추정되며 세계 시장 규모는 그 이상인 40조원 상당으로 알려졌다. 염충섭 단장은 “지금이 ‘백년 만에 올까 말까한 기회’다”라면서 “미국이 조금 앞서 있지만, 사실상 거의 출발선 상에 있기 때문이다”고 말한다. 즉 얼마나 빨리 대응하여 원천기술 및 시장을 선점하느냐에 따라 미래 에너지 시장에서의 지위가 좌우될 수 있는 만큼 이 기회를 놓치지 않기 위한 움직임이 필요하다는 것. 이에 염 단장은 “2030년까지 47조원 글로벌 시장이 형성되고, 12만 명의 고용을 창출할 수 있을 것으로 전망하고 있다”면서  그동안 수백KW급 실증 연구를 해온 것을 바탕으로 향후 10MW급 발전시스템 개발 및 실증 연구에 매진할 것”이라고 밝혔다.  국내 발전분야 플랜트 엔지니어링을 대표하는 에너지 전문가인 염충섭 단장은 고등기술연구원(IAE)에서 원자력을 중심으로 한 플랜트엔지니어링 연구를 이끌어왔다. 지난 2013년부터는?R&BD 전략 기획을 위한 에너지 부문 기획위원장으로서 국가 미래먹거리 창출을 위한 활동도 이어왔다. 국내 초임계 이산화탄소 발전시스템 개발을 선도해 나갈 그의 향후 행보에 귀추가 주목된다. NM