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현재 에너지 소비의 탈탄소화를 통한 온실가스 감축과 미세먼지 저감을 추구하는 정책인 ‘재생에너지 3020 이행계획’을 추진 중인 한국. 이 목표를 달성하기 위해 2030년까지 태양광과 풍력을 중심으로 재생에너지 발전 비중을 전체 발전량의 20%까지 확대할 예정이라는 사실은 다들 알고 계시죠?

 

 

ⓒ클립아트

 

그래서 대규모 원전과 석탄 발전소 대신 친환경·분산형 재생에너지 발전 위주의 기술이 활발하게 개발되고 있는데요. 하지만 재생에너지는 자연 환경의 변화에 따라 출력 변동성이 매우 크다는 단점이 있어요. 비 내리는 날씨가 일주일 내내 이어진다면 태양광 발전은 꿈도 꾸지 못하겠죠.

 

재생에너지의 이런 특성으로 인해 시간과 계절에 따른 에너지수요 변화에 능동적으로 대처하는 게 힘들 수 있는데요. 연구진들은 이런 단점을 보완하기 위해 생산된 전력 에너지를 저장하여 필요할 때 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템을 대안으로 제시하고 있어요. 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지의 활용도를 제고하고 전력 시스템을 안정화하는 등의 많은 장점이 있죠.

 

이러한 상황에서 전력을 저장하는 방식 중 하나인 전력가스화(P2G, Power-To-Gas) 기술이 세계의 주목을 받고 있답니다. P2G의 원리에 대해 알아볼까요?

 


왜 P2G(Power-To-Gas) 기술일까?

 

P2G 기술 개요 ⓒ전력연구원

 

P2G기술남는 전력을 수소로 전환해 저장한 뒤 필요할 때마다 전기에너지로 다시 바꿔서 사용하는 기술입니다. 온실가스를 배출하지 않아 친환경적인 기술이죠.

 

이 기술을 신재생 에너지 발전소에 접목한다면? 생산된 전기를 이용해 수소를 생산하고, 그 수소와 이산화탄소를 반응 시켜 메탄도 얻을 수 있게 돼요. 전력 계통에 여유가 있으면 풍력 및 태양광 발전으로 만들어진 전력을 계통으로 투입하지만, 전력계통이 포화됐을 경우에는 생산된 전력을 P2G로 투입하죠.

 

 

ⓒ클립아트

 

P2G 시스템은 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 수전해 설비, 메탄화 설비, 수소 및 메탄 저장 설비, 전력 및 가스 계통 연계설비 등으로 구성되는데요. 생산된 수소와 메탄은 연료전지 또는 가스터빈 등의 발전용 연료로 사용하거나 수소차 등의 수송 연료로 활용할 수 있답니다.

 

현재 대부분의 에너지 저장 시스템은 ‘전력-전력’ 형태로, 단기·소규모인 2차 전지에 집중되어 있어요. 하지만 최근 2차 전지의 한계가 드러나면서, ‘전력-가스’ 형태의 대용량·장기 에너지 저장 시스템인 P2G가 대안으로 떠오르고 있죠.

 


한전의 P2G 기술 개발

 

LOHC 기술 ⓒ전력연구원 사내보

 

 

국전력은 역시 P2G 기술 개발에 관심이 큰데요. 수전해, LOHC 중심의 수소 저장기술, 수소의 메탄화 저장 방식에 대한 연구와 함께 P2G 기반 마이크로그리드 실증 연구를 중심으로 기술 개발을 하고 있어요.

 

2015년에는 고온 수전해 핵심 원천기술 개발 과제를 통해 1kW급 고체산화물 전해조를 개발하였어요. 그리고 신재생 에너지와 연계한 수소 생산·저장·이용 통합시스템 기술연구를 통해 컴팩트형 20kW급 통합시스템 개발·실증과 200kW급 시스템 설계를 완료했는데요. 20kW급 통합시스템에는 LOHC를 이용한 수소저장 기술을 국내 최초로 개발하여 수전해, LOHC, 연료전지 연계시스템을 성공적으로 실증하였다고 해요.

 


 

미생물을 이용해 이산화탄소를 메탄으로 전환하다!!

 

생물학적 메탄화 기술의 원리 ⓒ전력연구원

 

이산화탄소 메탄화 기술은 생물학적 메탄화 기술, 열화학적 메탄화 기술로 구분이 돼요. 미생물을 이용해 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 기술은 생물학적 메탄화 기술에 해당한답니다. 미생물이 이산화탄소와 수소 등을 먹이로 먹은 뒤, 메탄을 배출하는 원리인데요.

 

이렇게 만들어진 메탄가스는 청정 발전 및 도시가스로 사용할 수 있어요. 열화학적 메탄화 기술보다 시스템 구성이 단순하고 상대적으로 낮은 온도(30°C ~ 70°C)에서 운전된다는 게 장점이죠.

 

 

메탄화기술 실증 시험장 ⓒ전력연구원

 

전력연구원은 2017년부터 테크로스워터앤에너지, 한양대학교, 고등기술연구원 등과 공동으로 미생물을 이용한 생물학적 이산화탄소 메탄화 기술을 개발해왔는데요. 노력 끝에 메탄 생성 효율이 1.7배 이상 높은 신종 메탄화 미생물 2종을 독자 개발했어요. 또한 이를 적용해 국내 최초로 연간 36톤의 이산화탄소를 전환할 수 있는 5kW급 메탄화 테스트 베드를 순수 국내 기술로 구축했죠.

 


 

재생에너지를 활용해 안정적으로 전력을 공급하기 위해서는 출력 변동을 뒷받침할 수 있는 에너지 저장 장치의 개발이 시급한 상황. 한국전력은 국내 기술 100%로 달성한 메탄화 기술 개발을 함으로써 온실가스 저감과 재생에너지의 대용량 장주기 저장을 가능케 했는데요. 앞으로 점점 더 커질 재생에너지 관련 시장에서 한전의 기술력이 세계 바이어들의 이목을 끌기 바랍니다. 

 

 

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  • LOHC 2020.03.06 13:36
    LOHC : Liquid Organic Hydrogen Carries (액체수소 또는 액상수소)

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