석탄은 잘 알려진 바와 같이 전 세계적으로 200년 이상 사용할 매장량이 확보돼 있고, 국내의 경우에는 에너지 다변화 측면에서 전력의 30% 이상을 석탄발전이 담당하는 등 향후 30~40년간은 부득이 사용해야 하는 에너지원이다.

이와 같은 상황에서 석탄가스화 발전은 이용하면 기존 석탄발전 방식에 대비해 건설비와 운영비는 높지만 천연가스 수준으로 청정하게 사용할 수 있는 에너지원으로 부각되고 있다.

석탄가스화 발전기술은 기존 미분탄 화력 발전방식에 비해 발전효율이 우수하고 환경오염물질 저감과 CO2 포집이 용이하나, 고가의 건설 단가와 설계·제어 기술 확보의 어려움으로 국내에는 상용급 플랜트가 아직까지 도입되지 못하고 있다. 단지 기반기술 및 파일롯급 설비의 설계, 건설 및 운전기술 개발에 주력해 왔다.

하지만 국내에서도 2010년 이후 석탄가스화 발전 플랜트 건설을 목표로 장기간 석탄가스화 합성가스를 공급할 수 있는 기술과 설비를 국내기술로 구축할 필요성이 높아지고 있다.

현재 국내의 기술수준은 5~10톤/일급 규모의 고온·저압 가스화용융 설비를 자체기술로 설계, 제작, 건설, 운전할 수 있는 정도이며, 50~100톤/일급 규모까지는 IGCC 플랜트 설계, 건설이 가능할 수 있으나, 상용급인 하루 1700~2000톤 규모 이상의 석탄 IGCC 플랜트에 대해서는 실적이 전혀 없는 상황이다.

이에 반해 미국은 이미 민간회사들이 정부의 지원을 받아 2개의 300MWe급 석탄 IGCC 발전소를 운영 중이고, 지난해 ‘에너지 정책 규범’ 통과를 계기로 석탄가스화와 관련된 사업이 호황을 맞고 있다. 또한 일본은 자체기술을 결집시켜 현재 건설 중인 1700톤/일급의 250MWe 실증 IGCC 발전소가 있다.

이와 같은 상황에서 고등기술연구원 플랜트엔지니어링센터는 3톤/일급 석탄가스화 파일롯 설비에 고온 집진설비와 고온탈황 설비를 연계시켜서 2주간 5기압 조건에서 연속운전을 해 가스화 탄소전환율 95%이상, 냉가스 효율 60% 이상, H2S 가스 탈황효율 95% 이상, 집진효율 95% 이상을 달성했다. 그리고 석탄 합성가스의 고온집진과 탈황을 국내 자체기술로 구현해 합성 가스 내 H2S와 COS 성분들을 1ppm 이하로 정제하는데 성공했으며, 99.5% 이상의 고온집진 효율을 달성했다. 또한 3톤/일급 석탄가스화 파일롯 설비에서 생산된 합성가스를 소형 LPG 엔진과 중형 천연가스 엔진에 연계시켜 발전시스템을 구성했으며, 전기생산을 실증 구현했다.

이처럼 기존 천연가스의 엔진의 단순 개조를 통해 저발열량 합성가스를 연료로 사용한 가스엔진 발전시스템의 발전 효율은 천연가스를 연료로 사용한 경우에 비해 낮다. 그러므로 발전효율 향상을 위해서는 CO, H2가 주성분인 합성가스의 특성에 적합한 엔진 연소실 개발과 전체 시스템의 혼합 제어 시스템의 구현이 절실한 상황이다.

또 비록 선진국들의 설비 규모에 비하면 열악한 상황이지만, 향후 전체 시스템의 최적화와 연속운전 기술의 개발로 이어진다면 중소형 석탄가스화 부분에서는 선진국과 차별화된 틈새시장 실용화 기술의 확보가 가능할 것으로 전망된다.