[비즈니스포스트] “발전 사업은 중요한 유틸리티(우리 삶에 꼭 필요한 공공재) 사업이면서도 국가적으로 중요한 사업이다. 당장의 이익보다는 친환경 발전으로 전환한다는 것에 목표를 두고 있다.”

송용선 한화파워시스템 수소사업부 수소개발사업팀 상무의 말에선 자신감과 함께 책임감이 묻어났다. 

한화임팩트는 국내에서 수소 발전을 현실화하는 데 가장 앞선 기술을 보유하고 있다는 평가를 받는다. 최근 세계 최초로 중대형 가스터빈에서 수소를 절반 이상 사용한 수소 혼소 발전 실증에 성공했기 때문이다. 

수소 혼소 발전은 친환경 수소 발전으로 건너가기 위한 징검다리로 꼽힌다. 국내 LNG 가스터빈의 절반만 50% 수소 혼소 발전으로 개조해도 LNG발전에서 나오는 온실가스 가운데 20%를 줄일 수 있다.

14일 경기 성남시 판교 한화R&D센터 한화파워시스템을 방문해 수소 혼소 발전의 현재와 미래를 들여다 봤다. 

◆ 중대형 가스터빈에 수소 혼소율 59.5% 실증, 유럽·미국 1.5배 성과

가스터빈은 압축 공기와 연료를 섞어 연소할 때 발생하는 고온·고압의 가스로 터빈을 돌려 동력을 발생하는 회전형 열기관이다.

수소 혼소(혼합 연소)는 가스터빈을 개조해 연료로 수소와 천연가스를 함께 사용하는 발전기술을 뜻한다. 연료를 모두 수소로 사용하는 수소 전소 발전에 앞서 탄소중립으로 가는 징검다리 역할을 할 것으로 기대받고 있다.

한화임팩트는 올해 4월 한국서부발전과 함께 진행한 실증사업을 통해 80MW(메가와트)급 중대형 가스터빈의 수소 혼소율 59.5%를 달성하는 데 성공했다.

이는 유럽(네덜란드)과 미국에서 중대형 가스터빈의 수소 혼소율이 각각 30%, 40%인 것과 비교해 최대 1.5배까지 높은 것이다. 또 당초 실증사업의 최대 목표였던 55%를 초과했다.

한화임팩트는 발전 연료로 수소 비중을 높이면서 온실가스 배출량도 실증목표에 도달하는 데 성공했다.

한화임팩트는 이 실증사업을 통해 LNG 발전보다 이산화탄소 배출을 최대 22% 저감하겠다는 목표를 달성했다.

이와 함께 대기오염물질인 질소산화물 배출량도 6ppm까지 낮추며 친환경 기술임을 증명했다. 현재 국내 LNG 발전소의 질소산화물 배출허용기준은 20ppm이다. ◆ 세계 최고 수준의 가스터빈 연소기 기술, 과감한 인수합병의 산물

이러한 실증 사업의 성과는 자회사 한화파워시스템의 연소기 기술력을 기반으로 하고 있다.

특히 수소 비중을 높이면서 발생하는 문제를 해결할 수 있는 연소기 기술을 확보했다.

송 상무는 “가스터빈의 연소기는 연료를 태워 높은 온도의 유체를 만들어 터빈을 돌리는 역할을 한다”며 “한화파워시스템의 연소기에 관한 기술적 특색이 있다”고 말했다.

수소는 LNG보다 7~8배 빠른 속도로 연소한다. 이 때문에 온실가스 배출량을 감축하기 위해 수소 혼소율을 올리면 화염이 연료 공급장치로 역류해 손상을 입히는 ‘화염 역화(플래시백)’ 현상을 더 많이 통제해야 한다.

송 상무는 “한화파워시스템의 연소기는 독특하게 이중 구조로 설계돼 있다”며 “이를 통해 화염 역화 현상을 제어할 수 있다”고 말했다.

그는 “이전 버전에서 향상된 2세대 연소기라고 할 수 있는 플레임시트(FlameSheetTM) 연소기를 사용했다”며 “수소 혼소율을 50% 이상 높이려면 현재 플레임시트 연소기를 써야 하고 이 연소기는 계속 개선을 위한 개발을 진행하고 있다”고 덧붙였다.

한화임팩트는 2021년 6월 미국 PSM과 네덜란드 토마센에너지를 한 번에 인수하는 결단을 통해 수소 혼소 기술을 확보했다.

PSM과 토마센에너지는 당시 이탈리아 가스터빈 기업 안살도 에네르기아의 자회사로 세계 최고 수준의 수소 혼소 기술을 보유한 기업으로 평가됐다.

송 상무는 “수소 혼소 기술을 확보하기 위해 PSM과 토마센에너지를 인수할 당시 굉장히 신경을 많이 기울여 인수 절차가 약 1년이나 소요됐다”며 “지식재산권(IP)을 온전히 갖기 위해 지분 100%를 인수했고 지금은 한화의 기술이다”고 강조했다. ◆ 수소 혼소 기술 경쟁력 바탕으로 대형 가스터빈, 청정수소 발전에도 진출 계획

한화임팩트는 7월11일 서부발전 등 17개 기업 및 연구기관과 국책과제에 참여해 150MW급 대형 가스터빈에 50% 이상의 수소 혼소 기술을 적용하기 위한 첫 걸음을 뗐다.

가스터빈은 발전용량에 따라 120MW까지는 중대형으로, 120MW부터 최대 270MW까지는 대형으로 구분된다.

한화임팩트는 내년 청정수소 발전시장 입찰에 참여해 2027년 수소 혼소 기술을 상용화하겠다는 계획을 세우고 있다.

청정수소 발전시장은 수소발전 입찰시장의 한 종류로, 청정수소를 사용하는 발전기만 진입이 가능한 시장이다. 정부는 온실가스 감축에 기여하고자 내년 청정수소 발전시장을 개설해 2027년 발전량부터 청정수소 발전을 도입한다.

수소 발전에 쓰이는 수소 자체도 이산화탄소 배출이 작거나 없는 청정수소로 대체한다면 온실가스 '0' 즉 넷제로에 한 발 더 다가갈 수 있다.

송 상무는 “2027년 생기는 청정수소 입찰시장이 내년 상반기 때 개설된다”며 “여기서 낙찰받은 사업자는 수소 혼소 기술과 함께 수소 공급 인프라 등 여러 제반사항을 준비해 2027년부터 실제로 가동에 돌입할 수 있다.

한화임팩트는 수소 혼소 기술 도입을 통해 2030 국가 온실가스 감축목표(NDC) 달성에 일조하겠다는 목표를 갖고 있다.

한화임팩트는 국내 LNG 가스터빈을 모두 50% 수소 혼소 터빈으로 개조하면 LNG 발전 부문에서 20% 이상의 온실가스 배출을 줄일 수 있을 것으로 보고 있다.

2021년 기준 LNG 발전의 연간 온실가스 잠정배출량은 6600만 톤가량인데 절반의 수소 혼소를 통해 1600만 톤가량을 감축하는 것이다.

이는 2030년 국가 온실가스 감축목표에 따라 발전(전환) 부문에서 줄어야 하는 온실가스 배출량 1억2천만 톤의 13%에 이른다.

또 한화임팩트는 수소 혼소 발전에서 멈추지 않고 다음 단계를 준비하고 있다. LNG 발전의 진정한 대안, 수소 전소 발전 기술과 국산화다. (다음 편으로 이어짐) 장상유 기자