기계연 신개념 NOx, SOx 동시 저감장비,

국내 화력발전소서 실증까지 성공!

   - 경남 하동 화력발전소서 NOx, SOx 동시저감 기술 1년 실증 -

- 순수 우리 기술로 기존 장치보다 70% 더 뛰어난 저감 성능 확인 -

▲ 습식 촉매를 이용한 NOx, SOx 동시 저감 기술 연구진

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 우리 기술로 만든 미세먼지 전구물질 제거 기술의 실증을 성공적으로 마쳤다. NOx(질소산화물)과 SOx(황산화물)을 동시에 줄일 수 있는 기술로, 1년간 실증한 결과 기존 장비보다 70% 뛰어난 효과를 보여 큰 기대를 모은다.

고효율 제로 에미션(Zero-emission) 기술의 실증에 성공하면서, 발전소 외에도 폐기물 소각로, 제철소 등 향후 강화되는 규제에 대응이 필요한 일반 산업 분야까지 폭넓게 활용될 전망이다.

기계연 환경시스템연구본부 환경기계연구실 김학준 책임연구원 연구팀은 한국남부발전㈜과 협력하여 2020년 9월부터 2021년 9월까지 1년 동안 경남 하동 화력발전소에 발전 용량(500㎿급) 1/1000 규모의 제거 장비를 장착하고 실증에 성공했다.

연구팀이 개발한 습식 촉매를 이용한 NOx, SOx 동시 저감 장비를 기존 SOx 저감 설비에 추가 장착한 결과 세계적으로 최저 배출 농도 수준인 5ppm 이하를 달성했다. 이는 NOx 배출량을 설치 이전보다 70% 더 절감한 것이다.

디젤 승용차 1대가 1분 동안 NOx가 포함된 배기가스를 5㎥ 배출한다고 가정하면, 디젤 자동차 6000대가 배출하는 양을 줄인 것과 같다.*

    * 500㎿급 발전소 규모 기준

연구팀은 원천기술을 확보하고 있는 정전방식 무필터 집진 기술까지 적용해 NOx와 SOx는 물론 초미세먼지까지 제거했다.

▲ 화력발전소 환경 설비 모사 시스템

이 기술은 화력발전소에서 발생하는 연기 속 오염물을 물속 덩어리 형태로 걸러낼 수 있는 기술이다. 먼저 NOx의 비수용성 NO(일산화질소)에 오존을 분사하여 NO2(이산화질소)로 만든 다음 습식 촉매가 녹아있는 SOx 환원제를 분무해 NOx와 SOx를 동시에 녹여 덩어리 형태의 염으로 환원시키는 방식이다.

특히 이 기술은 60도 이하의 매우 낮은 가스 온도에서도 NOx를 제거할 수 있다. 이는 기존 촉매 방식이 300도 이상의 고온에서만 작동할 수 있는 한계를 보완하는 탁월한 기술이다. IT 제조공정과 같이 배기가스 온도가 낮아 촉매 방식의 저감 장치를 적용할 수 없는 산업 분야에도 활용할 수 있다.

연구팀은 이번 실증 결과를 바탕으로 발전소뿐만 아니라, 폐기물 소각로 시설, 제철소, IT 제조공정 등 강화된 환경 규제 대응이 시급한 대기오염물질 배출시설을 대상으로 실제 설비 규모의 상용화 연구를 추진하고 있다.

기계연 환경기계연구실 김학준 책임연구원은 “앞으로 국내 산업 전반에 세계적 수준의 환경 규제가 적용될 것으로 예상 된다”라며 “향후 제로 에미션 기술의 확대 적용으로 국내 대기환경 기술의 선진화가 앞당겨질 수 있도록 노력할 것”이라고 말했다.

한국남부발전 하동빛드림본부 오철석 부장은 “실증 결과 NOx, SOx 뿐만 아니라 먼지까지 천연가스를 사용하는 복합발전소 수준으로 대기 오염물질 배출이 획기적으로 감소한 것을 확인했다”며 “향후 석탄화력 발전설비에 확대 적용하면 환경오염 개선에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 기계연 기본사업 ‘미세먼지 및 온실가스 대응 미래발전/동력시스템 초청정 기계기술 개발’ 사업의 지원을 받아 수행됐다.