포스코-두산중공업, 세계 최초 ‘암모니아 연료’ 발전기술 개발 ‘맞손’

‘청정 암모니아 가스터빈 분야 연구개발 업무협약’ 체결

암모니아 분해한 혼합가스 연소해 터빈 가동하는 발전기술

무탄소 연료 암모니아 사용해 이산화탄소 배출량 감축 가능

7월 9일 포스코센터에서 포스코 조주익 수소사업실장(오른쪽에서 첫번째), 두산중공업 이광열 TM BU장(왼쪽에서 두번째)가 암모니아 연료 발전기술 공동개발 방안에 대해 협의하고 있다. 사진=포스코 제공

포스코가 세계 최초로 그린·블루수소로 합성한 암모니아를 연료로 사용하는 발전 분야 기술 개발에 나선다. 

19일 포스코에 따르면 지난 9일 조주익 수소사업실장, 두산중공업 이광열 TM BU장, RIST(포항산업과학연구원) 황계순 환경에너지연구소장이 참석한 가운데 암모니아 연료 발전 기술에 대한 협력 방안을 논의하고, 이날 비대면으로 ‘청정 암모니아 가스터빈 분야 연구개발 업무협약’을 체결했다.

3자는 암모니아를 분해해 생성한 수소를 연소하여 터빈을 가동하는 발전기술 개발을 추진한다.

암모니아는 수소를 질소와 결합한 화합물로, 기존에 갖춰진 운송·저장 인프라 활용성과 동일한 부피에서 수소보다 1.7배 많은 양을 저장할 수 있는 효율성 등 다양한 이점 덕분에 최적의 ‘수소 캐리어(운송체)’로 꼽힌다.

반면 암모니아는 발전 연료로 사용하기에는 한계가 따르는데, 기존 가스터빈 연료인 액화천연가스(LNG) 대비 연소 속도가 20% 수준으로 매우 낮고 발열량도 50% 정도에 불과하기 때문이다.

3자는 이러한 암모니아의 한계를 극복하는 방법으로, 암모니아를 그대로 연소하는 대신 분해기(Cracker)를 통해 수소, 질소 가스로 다시 분해한 후 연소해 가스터빈을 구동하는 방식을 택했다. 분해기와 가스터빈을 각각 개발한 사례는 있지만, 이를 일체화한 발전기술 개발은 전 세계적으로 이번이 최초다.
 
수소, 질소 가스를 연소할 경우, 암모니아를 그대로 기화하여 연소할 때 보다 연소 속도와 발열량이 상당히 증가된다. 

또 3자는 연소 단계에서 발생한 배기가스로부터 열 일부를 회수해 분해기로 재투입하여 가스의 열량을 높이고 발전 효율을 향상시키는 기술도 고안해 적용할 예정이다.

암모니아 연료 발전은 이산화탄소를 전혀 배출하지 않기 때문에 이상적인 친환경 발전 모델의 하나로 꼽힌다. 

더불어 LNG발전에도 이 기술을 적용해 기 구축 발전소들의 이산화탄소 배출량 저감에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 

암모니아를 LNG와 열량 기준 20% 비율로 섞어 연소하면, 이산화탄소 배출량을 LNG 단독 발전 대비 약 20% 줄일 수 있다.

협약에 따라 포스코는 RIST와 함께 암모니아 분해기 개발을 추진한다. 암모니아는 포스코가 해외에서 추진 중인 프로젝트에서 생산한 그린수소 등을 합성하여 조달할 계획이라고 회사 측은 설명했다.

지난해 가스터빈 국산화 성공 후 수소 혼소 및 전소 터빈 개발에 나서고 있는 두산중공업은 원천기술을 바탕으로 수소와 질소로 분해된 가스를 한 번에 태우는 연소기와 가스터빈을 개발한다.

포스코 관계자는 “3자는 협약을 토대로 포항 RIST 수소연구센터에 구축될 암모니아 연소 실험 설비를 활용해 본격적인 기술 개발에 착수할 예정이다”고 설명했다.