한전 전력연구원(원장 이중호)은 한국에너지 기술연구원과 함께 11월 2일 울산 용연공업단지에서 세계 최초·최대 ‘3MWth 매체순환연소 증기생산 파일럿 플랜트’준공식을 개최했다.
준공식에는 한전 전력연구원을 비롯하여 산업통상자원부, 한국에너지기술평가원, 울산광역시, 한국에너지기술연구원, 서부발전 등 관계자들이 참석했다.
‘매체순환연소기술’은 연료와 공기가 직접 접촉하여 이산화탄소(CO₂)와 질소산화물(NOX)이 발생하는 기존 연소기술에서 탈피한 저비용·친환경의 新연소기술이다.
제10차 전력수급기본계획에서는 전력수급 안정성에 더하여 경제성·환경성을 강조하고, 이를 위해 석탄발전을 줄이고 원전, LNG발전, 신재생 확대를 계획한다. ’30년까지 가스발전 설비용량은 ’23년 대비 32% 증가하고, 온실가스는 ’18년 대비 44.4%, 미세먼지는 ’21년 대비 53% 감축할 예정이다.
또한 분산형 전원의 활성화도 추진하고 있다. 따라서 국가 2050 넷제로 달성에 필요한 가스발전 및 분산형 전원에 적합한 저비용·친환경의 온실가스 감축기술이 요구된다. 
현재 상용 운전중인 가스복합발전은 효율은 높으나, 대규모 발전에 최적화된 기술로서 수십 MW급 분산전원 규모에서는 효율이 낮아서 부적합하다. CO₂와 미세먼지를 저감하기 위해 별도의 CO₂ 포집 및 NOx 저감 설비를 설치해야 하므로 효율과 경제성이 크게 감소하는 문제가 있다.
한편 전력연구원이 자체 개발한 금속매체인‘산소전달입자’를 이용하는 친환경적인 ‘매체순환연소기술’은 산소를 함유한 이 입자가 내어주는 순산소로 연료가 연소되고, 산소를 잃은 입자는 공기와 접촉시켜 공기 중 산소로 재생되는 순환구조(looping)를 이루게 된다.
최종적으로 연료연소 배기가스에는 CO₂와 H2O만이 있어 기존 연소설비와는 달리 별도의 CO₂ 포집설비를 구축할 필요가 없고, CO₂ 포집비용도 절감이 가능하다.
또한, 산소전달입자가 반응하면서 발생하는 열을 회수하여 증기와 전기를 생산하고, CO₂ 포집에 수반되는 효율 손실도 최소화시킬 수 있는 혁신적인 기술이다. 
연료와 공기를 분리시켜 연소시킴으로써 공기 중의 질소와 연료의 직접 접촉이 원천적으로 차단되어 NOx가 규제치 이하로 발생하므로 탈질설비 구축비용도 절감된다. 
이 실증설비는 산업통상자원부 한국에너지기술평가원의 지원으로 수행 중인 연구개발사업의 성과물로서, 한전 주관하에 한국에너지기술연구원, 서부발전(주), 한국전력기술(주), 부흥산업사, 건국대학교, 영남대학교가 개발에 참여한다. 한전 전력연구원과 한국에너지기술연구원이 3MWth 실증플랜트를 공동설계하고, 현대중공업파워시스템이 EPC를 맡아 성공적으로 구축하게 되었다. 이번에 준공된 3MWth 플랜트는 매체순환연소기술 설비로는 세계 최대 규모이며, 세계 최초로 증기생산도 실증할 예정이다. 
해외에서는 천연가스를 연료로 사용한 1MWth 규모의 매체순환연소 실증 시도가 있었으나, 산소전달입자의 내구성 문제로 장시간 운전은 하지 못했다. 
전력연구원은 이런 문제점을 해결한 세계 최고 성능의 산소전달입자를 독자적으로 개발했으며, 한국에너지기술연구원은 국내 독자적인 공정기술을 개발했다.
국내 고유 입자와 공정을 활용하여 3MWth 실증 플랜트를 운전할 계획이다. 
이 기술은 과학기술정보통신부의 ’20년 국가연구개발 우수성과 100선에 선정된 바 있으며, 연료(NG)연소효율 95% 이상, 연료연소 배기가스 중 CO₂ 순도 90% 이상, 연속운전 500시간 이상을 포함한 누적운전 60일을 목표로 하고 있다. 
’23년 10월부터 시운전에 착수하여, ’24년부터 본격적인 시험 운전을 진행한다. 향후 이 실증설비의 결과를 활용해 한전, 서부발전, 한국에너지기술연구원은 100MWth 상용급 보일러 및 발전 시스템을 공동설계하고 다음 단계 실증을 추진할 계획이다.
플랜트에서 포집된 고순도(95%↑) CO₂는 CO₂ 활용 연구설비에 공급되어 CCU 밸류체인 전체를 아우르는 새로운 부가가치를 창출할 예정이다. 
한전 이중호 전력연구원장은 “3MWth 매체순환연소 증기생산 파일럿 실증설비는 온실가스와 미세먼지를 배출하지 않는 친환경 가스발전 및 산업용 보일러 개발의 핵심 연구시설로서 혁신적이고 경제적으로 탄소중립 실현을 선도할 것이다”라며, “한전은 정부에서 추진하는 온실가스 저감 정책과 에너지 패러다임의 전환에도 크게 기여할 것이다”라고 밝혔다.