석탄에 고온, 고압을 가해 일산화탄소와 수소 주성분의 가스로 만들어 정제한 후 이것으로 가스터빈을, 또 여기서 나오는 배기가스의 열로 증기터빈을 구동하는 석탄가스화 복합발전(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle)기술은 연료로 저가의 석탄을 사용할 뿐만 아니라 그 발전효율이 높아 주목받고 있는 기술이다.

정부는 저탄소 녹색성장 기조에 발맞춰 IGCC 관련기술을 조기에 국산화하고 국내 노후 발전소를 IGCC로 점진적으로 대체해 나간다는 계획이다.

특히 석탄액화와 합성천연가스 등에 적용할 수 있는 가스화기술을 수출전략품목으로 육성함으로써 국내 제조업체와 건설업체의 해외수출을 견인, 에너지 분야의 신성장동력으로 삼는다는 방침이다.

■ 거대 기업들 특허 선점

IGCC는 현재 전 세계적으로 14기의 플랜트(4000㎿)가 운전중으로 향후 전력수요가 늘고 석탄이용이 활성화 될 것으로 예상되고 있어 장차 빠른 성장이 기대되는 산업이다.

기후변화협약과 함께 나날이 강해지는 환경규제, 아시아 경제의 고도성장, 노후 석탄발전소의 대체 수요 등이 맞물려 2030년이면 25만㎿(약 8,300억달러) 규모까지 성장할 것으로 예측된다.

현재 선진국을 중심으로 많은 국가에서 연구개발과 상용플랜트급 실증에 대규모 투자가 이뤄지고 있으며 GE, Shell 등 거대 기업들이 핵심특허 선점을 마친 상황이다.

미국은 연방과 주정부의 막대한 재정 지원을 바탕으로 IGCC 기술의 선두를 지키고 있다.

유럽에서는 독일과 네덜란드가 앞서 나가며 석탄에 바이오매스나 도시폐기물을 더한 혼합형 연료의 IGCC를 진행 중이다.

일본도 자체 고유모델 가스화기술의 개발 보급을 위한 실증플랜트를 건설하고 이미 운전에 들어간 상황이다.

중국은 합성연료 생산을 목표로 그간 10기 이상의 석탄 가스화 설비를 건설, 가동 중에 있다.

최근 우리 정부가 발표한 '그린에너지 전략로드맵(안)'에는 오는 2014년까지 약 50기 2만5500㎿의 IGCC 플랜트 건설 계획을 포함돼 있다.

현재는 개념적인 연구와 벤치급(1~3톤/일)설비의 설계, 건설, 운전 등 기반기술 개발에 주력하는 단계로 상용급(300㎿) IGCC 관련 기반기술은 아직 부족하나 관련설비 제작에서는 일정 정도 경쟁력 확보에 성공한 것으로 평가되고 있다.

두산중공업과 서부발전, 한국전력 등이 300㎿급 실증플랜트에 투자하고 있으며 SK에너지는 가스화공정에 투자를 계획하고 있다.

해외의 GE, Conoco-Phillips, Shell, Plenflo 등의 기업들 역시 정부와 함께 IGCC 플랜트에 투자 역량을 경주하고 있다.

■ 해외기술 도입으로 수출역량 육성

정부는 국내 기술 수준이 취약한 상용급 플랜트 기반기술 확보에 우선적으로 집중한다는 방침이다.

지난 2006년부터 시작된 300㎿ 실증플랜트 사업에서 이미 확보된 핵심설비의 설계·제작과 플랜트 엔지니어링 기술에 더해 2012년 이후 실제 운전에 들어가 설계, 제작, 운전까지 전 과정의 노하우를 가지고 수출용 모델을 개발할 계획이다.

이후 지속적인 연구 개발로 핵심공정상의 고유기술은 물론 중장기적으로 요구되는 연계기술 확보에도 적극적으로 나서 600㎿급 IGCC 가스화공정의 고유모델 기술을 개발하고 단위공정을 국산화해 국내외 IGCC 플랜트 건설 사업에 참여한다는 복안이다.

두산중공업은 네덜란드 Shell사와 가스화공정 라이선스를 통해 원천기술을 도입하고 세계최고 수준인 플랜트 엔지니어링 기술을 바탕으로 IGCC설계, 제작, 운전 역량을 확보해 세계 시장을 공략한다는 방침이다.

또한 이미 GE 등 선진기업들이 관련 원천기술에 '특허그물'을 쳐놓은 상태로 국내 업계의 300㎿ 가스화플랜트 제작·건설 종합설계 능력 배양이 절실하다.

따라서 공정기술 도입을 통해 자체 공정기술 툴을 개발하고 실증플랜트의 운전자료를 바탕으로 툴 정확도 향상에 전력을 다할 예정이다.

핵심원천기술인 가스화기 원천기술의 개발을 실증플랜트 운전과 병행하는 것은 물론이나 그 성공 가능성이 낮다는 점을 감안한다면 원천기술 보유기업의 인수가 대안이 될 수 있다.

한국서부발전역시 최근 한국형 IGCC 실증플랜트의 가스화 공정기술 라이선스 계약을 Shell사와 체결했다.

Shell 가스화공정은 세계 최초로 상용급 IGCC발전소를 건설, 운영중인 기술로 타 공정보다 효율과 운전 유지성이 탁월해 석탄가스화기술 상용보급을 이끌고 있다.

Shell사의 공정설계를 바탕으로 올해 안에 IGCC 종합설계를 마무리 짓고 내년에는 태안화력 부지에 300㎿급 IGCC 실증플랜트 건설에 들어가 2012년 완료한다는 계획이다.

이후 2년 동안의 실증운전을 거쳐 한국형 IGCC의 설계기술을 확보하고 2014년에는 종합 준공하게 된다.

지식경제부는 지난 2006년 10월 ‘한국형 300MW급 IGCC실증플랜트 개발’을 제2차 신재생에너지 기술개발 과제로 선정해 그해 연말 기술개발에 들어갔다.

이번 프로젝트는 한전 전력연구원 주관으로 한국서부발전이 실증플랜트 종합설계와 건설을, 두산중공업이 가스화플랜트 설계를 맡는다.

한국형 IGCC 실증플랜트는 총 사업비 5,992억원이 투입돼 오는 2014년까지 추진되는 초대형 사업으로 시스템 최적화를 통해 42%이상 세계 최고 수준의 발전효율을 달성할 것으로 예상된다.

뿐만 아니라 온실가스 배출이 기존 석탄화력 보다 10% 이상 적고 환경오염물질 배출농도 역시 상당히 낮을 것으로 기대된다.

■ 한국형 독자기술 개발 프로그램 시급

국내 가스화플랜트 설계는 최신 기술개발이 과반을 차지할 정도로 활발하다.

특히 핵심설비와 공정기술의 최신 기술비중과 특허 경쟁력에서 우수 평가를 받고 있다.

IGCC의 경우는 최근 개발이 활발한 편이지만 특허경쟁력이 전반적으로 낮은 수준에 머무르고 있어 세계 무대에서 통용될 기술력 확보를 위해 많은 노력이 필요한 것으로 나타났다.

IGCC연계 공정 기술의 최신기술비중은 70%에 이르고 특허경쟁력 또한 우수하다.

이에 반해 ‘고유모델 가스화기’, ‘수소 고도화 정제분리 공정기술’, ‘저발열량 합성가스 전용 가스터빈 발전기술’에 해당하는 특허군은 최신기술비중과 특허경쟁력이 모두 낮은 것으로 분석됐다.

대처 방안으로 정부와 한전, 발전 5개사 등의 참여로 비영리 법인을 설립하고 이를 통해 한국형 독자기술의 개발·보급 프로그램을 개발할 필요성이 제기되고 있다.

주요 부품과 단위 공정설비 국산화를 위한 시설투자에 대한 지원프로그램 역시 절실하다.

또한 오는 2012년 추진 예정의 RPS와 발전사업자의 비용증가에 대한 신재생에너지 연구개발 자금 지원을 병행해 IGCC 조기보급을 위한 인센티브제도 확립해야 한다는 지적이다.