석탄에서 청정연료 뽑는다

석탄가스화사업이란?
저가(低價)의 석탄을 산소, 스팀과 같이 고온(1,300도),고압(40~80기압)상태에서 합성가스(CO+H2)를 제조한 후 이를 이용해 합성석유, 합성천연가스, 전력, 화학제품(암모니아, 메탄올 등)등을 생산하는 청정석탄 연료화 사업이 석탄가스화사업이다.

석탄가스화는 정유, 비료, 화학산업에서 상용규모로 활용된지 50년이상 됐으며, 전력을 생산한 것은 35년 이상 됐다.

현재 경제성 및 환경친화성의 강점이 있어 미국, 중국 등 석탄부국을 중심으로 활발히 사업이 검토 추진되고 있는 실정이다.

주요특징

경제적 측면에서 볼때 석탄은 매장량이 풍부하고, 전세계에 고르게 분포되어 있어 경제적, 안정적으로 조달이 가능하다. 즉 가채매장량이 석유 40년, 천연가스 60년인데 비해 석탄은 130년이다.

따라서 저가의 석탄을 이용해 석유, 천연가스등 고부가가치 제품을 생산하고 제조공정상 발생하는 부산물(황, 슬래그, 전력 등)을 재활용하거나 판매해 추가수익을 창출할 수 있다.

환경적 측면에서 보면 석탄의 청정이용기술로 기존의 석탄이용방식 대비 SOx , NOx 등 환경오염물질의 배출이 감소될 수 있다.

배출되는 CO2의 순도가 높아 경제적으로 포집이 가능해 자원화 및 CCS(Carbon Capture & Storage)처리에 유리하고 향후 탄소규제가 강화되면 CO2 처리에서 경쟁력 확보가 가능할 것으로 보인다.

산업동향

美 Gasification Technology Council 자료에 따르면 전세계 약 150여개 플랜트가 가동 중에 있으며 20여개 프로젝트가 신규 추진 중에 있다. 가스화산업 규모는 2015년까지 약 70% 증가할 것으로 전망되며, 아시아 지역에서 약 80%가 증가할 것으로 전망되고 있다.

석유 공급부족 및 이로 인한 고유가 가능성, 유가와 연동되는 천연가스 가격 상승에 대한 적극적인 대처 방안으로 에너지 안보, 석유 및 천연가스에의 의존도를 저감할 수 있는 경제적 대안으로 석탄이용 기술이 가장 현실적인 방법으로 여겨지고 있다.

SNG (Synthetic Natural Gas) 추진 현황

국내 및 해외 각국에서 석탄의 청정 이용 기술 개발 노력이 활기를 띠고 있다.

최근에는 석탄의 환경친화적인 이용이 가능한 수준에 이르고 있으며 전 세계적으로 석탄을 이용한 에너지원 개발에 노력을 기울이고 있다.

특히 청정에너지원으로 각광받고 있는 SNG(합성천연가스)는 에너지다변화 및 안보차원에서 LNG 인프라가 잘 갖춰진 미국, 중국 등을 중심으로 활발히 진행되고 있다.

SNG는 석탄가스화 공정에서 생산된 합성가스를 원료로 메탄합성을 거쳐 생산된 천연가스와 성분이 동일(주성분:메탄)한 대체가스로 기존설비의 개조없이 천연가스를 대체해 사용할 수 있다는 점이 특징이다.

가스 OPEC 출범(러시아, 카타르 등)으로 천연가스 가격 현실화에 따라 대체 합성천연가스의 시장 수요가 급증할 것으로 예상되며, 최근 2～3년 사이 미국, 중국을 중심으로 석탄 가스화를 기반으로 한 SNG 제조 프로젝트 추진 계획이 급증했다.

미국에서는 Peabody, ConocoPhillips, Secure Energy Systems사 등 주요 에너지산업 기업들의 주도하에 연간 100 만톤 SNG프로젝트가 10여건추진 중이다.

중국에서는 Datang 사에서 2012년 완공목표로 연 300만톤급 SNG 제조 프로젝트가 진행되고 있으며, 향후 300만톤의 추가확장을 계획하고 있다.

현재 가동중인 대표적(세계유일)SNG플랜트는 미국 North Dakota주의 Dakota Gasification Company가 운영중인Great Plains Synfuels Plant이다.

이 플랜트는 1984년부터 가동 중에 있으며, 약 130만톤/년 규모의 SNG를 pipeline을 통해 공급하고 있다. 특히 부산물로 생성되는 CO2(200만톤/년)는 캐나다 오일광구에 EOR(Enhance Oil Recovery)용으로 판매하고 있다.

석탄 가스화를 통해 SNG를 생산하는 경우 우리나라 연료 산업의 근간을 이루고 있는 기존 천연가스 인프라(저장시설, 배관망 등)를 그대로 활용할 수 있어 연료전환에 따른 산업구조의 변화 없이 즉시 대체가 가능할 것으로 기대하고 있다.

현재 지식경제부를 중심으로 대체천연가스 (SNG, 바이오가스 등)의 사용에 관한 안정성 실증연구가 지난해말부터 수행되고 있으며 올해말 그 결과가 나올 예정이다. 도시가스사업법상 대체천연가스가 도시가스로 분류되어 있으나, 현재의 천연가스배관망에 대체천연가스 주입사례가 없어 국가 품질기준도 마련중에 있다.

석탄 가스화를 통해 SNG를 생산할 경우 예측된 수요에 따라 안정적인 생산이 가능하고, 저장 및 수송이 용이할 것으로 보인다.

상대적으로 공급불안 요인이 덜한 석탄을 이용함으로써 기존 천연가스 도입시 문제가 되는 수급관리의 어려움 및 LNG 공급 불안요인 등의 문제점 해결도 가능할 것으로 기대된다.

국내 추진현황

국내에서는 연간 50만톤 규모의 LNG를 도입 사용하고 있는 포스코에서 신규 LNG 수요를 경제적, 안정적으로 공급하기 위해 연간 50만톤/년 규모의 SNG생산플랜트 건설을 추진 중에 있다.

포스코는 천연가스 신규수요 증가에 따라, 풍부한 저가의 석탄을 이용하여 천연가스와 물성이 같은 합성천연가스(SNG)를 안정적이고 경제적으로 생산공급하는 석탄가스화 사업을 추진중에 있다.

현재 광양제철소 LNG터미널 북단의 약 12만평의 부지를 매립해 조성하고 있으며, 총 투자비는 약 1조원에 달한다.

그동안 포스코는 지난해 10월 이사회에서 SNG플랜트 건설사업 사업승인을 득한 이후 같은해 11월 포스코건설과 SNG플랜트에 대한 설계, 설비공급, 시공, 시운전 등을 포함한 EPC 턴키계약을 체결했다.

이어 올해 3월에는 세계 5위의 오일메이저 기술회사인 美ConocoPhillips와 석탄가스화 공정기술 계약을 체결했고 지난해 Engineering社 기술평가 세계 1위의 설계회사인 영국 Jacobs사와 SNG플랜트 기본설계 계약을 체결했다.

지난 9월에는 기술회사로 독일의 Linde 등 컨소시엄과 석탄가스화 후단공정 (정제 및 합성) 공정기술 계약을 체결하는 등 발빠른 행보를 보이고 있다.

포스코는 올해말까지 부지조성공사를 완료하고 내년 1월부터 2013년말까지 SNG플랜트 건설공사를 마무리한다는 계획이다.