[르포] 낡은 터빈 바꿔 친환경 발전 새 장 연다…LNG에 수소 섞어 전기 만든다

서산 한화임팩트 수소혼소 터빈 실증단지 가보니
LNG 연소기 수소 투입 59%까지 높여
이산화탄소 배출량 22% 줄여

충남 서산 한화임팩트 사업장의 액화천연가스(LNG) 수소혼소 발전소. 흰색 굴뚝모양의 발전기 뒤편 LNG 탱크와 발전기 오른편의 부생수소 탱크 에너지를 믹싱 스테이션에서 섞어 가스터빈을 돌린다. 서산=이윤주 기자

우리 기업이 중대형 가스터빈에 수소를 50%까지 섞어 전력을 만드는 기술을 세계 최초로 개발했다. 주인공은 한화임팩트로 수소혼소 발전이 상용화하면 이산화탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있어 2030년 온실가스 감축 목표(NDC) 달성에 청신호가 들어왔다.

한화임팩트와 서부발전은 21일 충남 서산시 대산사업장에서 열린 수소터빈 발전 실증 기념식에서 "세계 최초로 80㎿급 이상 액화천연가스(LNG) 가스터빈에 59.5%까지 수소혼소율을 끌어올리는 실증 작업에 성공했다"고 밝혔다. 10㎿급 소형 발전이나 실험실에서 수소혼소율 100%가 성공한 적은 있지만 LNG발전소에 직접 혼소 터빈을 설치해 실증한 것은 처음이다. 특히 대기오염의 주범으로 꼽히는 질소산화물(NOx) 배출 농도도 일반 LNG발전소가 배연탈질설비를 갖췄을 때인 6ppm정도로 낮다. 김현욱 한화파워시스템 상무는 "수소가 연소될 때 질소산화물이 많이 발생하는데 이 기준을 지키다 보니 많은 기업이 수소혼소율을 높일 수 없었다"며 "우리만의 특화기술로 배출 농도를 낮췄다"고 말했다.

가공 과정에서 이산화탄소 배출이 없는 수소는 에너지 업계에서 궁극의 연료로 꼽힌다. 문제는 관련 기술을 개발하고 시장을 만드는 데 시간이 걸린다는 것. 현재 에너지 생태계와 수소 시장을 이어주는 징검다리가 수소와 LNG를 섞는 'LNG‧수소혼소' 발전이다.

이날 찾은 서산 사업장 '수소혼소 터빈 실증단지'에는 흰 굴뚝이 솟아 있었다. 가스터빈에서 나온 열에너지로 전기를 만드는 발전 장치다. 굴뚝을 중심으로 왼쪽에는 순수 수소를 모은 박스가, 오른쪽에는 석유화학 자회사 한화토탈의 부생가스에서 나온 수소를 모으는 장치가 펼쳐져 있다. 굴뚝 뒤편에는 또 다른 굴뚝 모양의 LNG 탱크가 있다.

한화 관계자는 "순수 수소와 부생가스를 이용한 수소, LNG를 믹싱 스테이션에서 압력을 맞춰 섞는다"며 "이 혼소에너지를 흰 굴뚝 아래 가스터빈 시설로 보내면 터빈을 통해 열을 발생시켜 발전기를 돌린다"고 설명했다. 송용선 한화파워시스템 상무는 "수소는 화염 전파 속도가 빠르고 온도도 높아 발전 과정에서 수소 제어 기술이 있어야 한다"며 "공기를 머금을 수 있는 이중구조 연소기를 통해 이 문제를 해결했다"고 덧붙였다. 이번에 실증한 80㎿(메가와트)급 발전소는 약 18만 가구가 쓸 수 있는 전력을 만든다.

폐기용 가스터빈 부품 바꿔 수소 발전에 활용

한화임팩트 대산 수소혼소 실증 현장 전경. 한화임팩트 제공

수소혼소 발전을 위해 한화임팩트와 서부발전이 손을 잡은 건 2021년 3월. 서부발전은 2017년 평택1복합 발전설비에 있다 가동을 멈춘 80㎿급 가스터빈과 굴뚝을 한화에 제공하고, 한화임팩트는 같은 해 인수한 미국 PSM과 네덜란드 토마센사의 수소혼소‧가스터빈 개조 기술을 활용했다. 송용선 상무는 "통상 가스터빈 수명을 15~20년으로 보지만 부품을 교체하고 정비하면 수명을 연장시킬 수 있다"고 말했다. 기념식에 참석한 이옥헌 산업통상자원부 수소경제정책관도 "(한화 기술을 응용하면) 기존 발전설비와 송전선로를 쓸 수 있어 경제성을 확보한 탄소저감 방법이 될 수 있다"고 말했다.

다만 LNG보다 최소 5, 6배 높은 수소 비용은 상용화까지 걸림돌로 작용할 것으로 보인다. 송용선 상무는 "수소 발전 규모가 커지면 경제성이 좋아질 것"이라며 "미국은 2030년 수소 kg당 1달러가 될 거라 전망하는데 지금 LNG와 비슷한 가격"이라고 말했다.

이번 실증이 끝나면 한화와 서부발전은 새 작업에 나선다. 권창현 서부발전 복합운영부장은 "80㎿ 가스터빈 수소혼소 50% 실증 이후엔 서인천사업소의 150㎿급 가스터빈을 수소혼소율 70% 설비로 바꿀 계획"이라며 "70% 혼소율까지 성공하면 연간 13만 톤의 이산화탄소 발생 저감 효과가 있다"고 했다. 이산화탄소 13만 톤은 중형 승용차 약 5만 대의 1년 배출량이다.

서산= 이윤주 기자 misslee@hankookilbo.com