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SK건설, 연료전지발전소는 대기오염물질 배출 없다는데...
SK건설, 연료전지발전소는 대기오염물질 배출 없다는데...
  • 강성덕 기자
  • 승인 2020.09.03 13:50
  • 댓글 0
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'수소 8kg 추출 시 이산화탄소는 44kg 배출, 약 5.45배' 주장
파주연료전지발전소 전경[사진 SK건설 제공]
파주연료전지발전소 전경[사진 SK건설 제공]

[데일리그리드=강성덕 기자] 수소추출 연료전지에서는 환경오염물질이 안나온다고?

SK건설이 경기 화성과 파주 2곳에서 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell  이하 SOFC) 발전소를 준공하고 상업운전을 개시했다고 3일 밝혔다.

SK건설이 밝힌 화성의 연료전지 발전소는 SOFC 발전소로는 아시아 최대인 19.8MW 규모이다. 95%의 높은 이용률과 연료전지 중 최고 수준인 56% 효율로 연간 16만5000MWh의 전력을 생산해 인근지역 약 4만 3000 가구에 공급할 예정이라고 전했다.

 

파주발전소는 파주시 월롱면 도내리 일원에 2000㎡ 규모로 8.1MW SOFC 발전소를 조성하고, 2040년까지 운영하는 사업이다.

SK건설이 설치 및 시공을 맡고 총 사업비 약 538억원으로 SK건설, 동서발전, 서울도시가스 등 3개사가 전액 지분 출자했다. 

이 사업은 발전을 통한 전력 생산∙공급은 물론 도시가스 공급까지 지원하는 주민 상생형 사업으로 진행된다는 점이 특징이다. SOFC 발전소 구축 시 도시가스 공급 배관망을 추가 설치해 도시가스 미공급 농촌지역에서도 도시가스 사용이 가능하다.

SK건설이 친환경 분산 전력원으로 주목받고 있는 연료전지 발전분야에서 두각을 나타내며 친환경 신에너지 사업임을 특히 강조하고 있다.
 

▶ 수소연료발전, 전력단가 상승 부추긴다? 

SOFC는 액화천연가스(LNG)에서 수소를 추출해 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 세계 최고 효율의 신재생 분산발전설비로, 발전 효율이 기존 연료전지보다 월등히 높다고 주장했다.

그러면서 백연과 미세먼지 배출이 없는 친환경 에너지로 설치 면적이 작고 안전하며, 하이테크 제품과 같은 익숙한 외관 덕분에 미국에서는 도심 내 월마트, 홈디포 등 마트와 뉴욕 모건스탠리 사옥, 일본 소프트뱅크 사옥 등 도심 빌딩, 주택가 등 다양한 부지에서 설치∙운영되고 있다고 밝혔다.

앞서 지난해 11월, 현 정부의 '수소 경제' 정책에 맞춰 전국 규모로 대거 건설 중인 연료전지 발전시설에 대해 비경제적이고 전력단가 상승 요인으로 등장한다며 이를 분석한 글이 대주됐다.

제3의 길을 통해 글쓴이 길벗은 '환경도 경제도 없는 수소연료전지발전'을 제목으로 환경문제와 경제성을 조목 조목 따졌다.

그는 글에서 수소연료 발전 원가는 원자력, 석탄발전 원가와는 애초 비교조차 안되며 LNG 발전은 물론, 태양광 발전과 같은 재생에너지 발전원가보다 1.7~2.7배 높다고 주장했다. 그 근거는 수소연료전지 발전을 위한 수소 추출에 비용이 많이 들기 때문이라고 한다.

현재 생산단가는 원유 정제과정에서 부산물로 나오는 '부생 수소'가 가장 싼값으로 kg당 1,500원, '추출 수소'는 5천원, '그린 수소'는 9천~1만원으로 추산하고 있다.

천연가스는 600원대/Nm3, 수입 무연탄은 $60/톤 수준으로 '추출 수소' 가격에 비할 수 없다고 했다.

연료별 열량은 수소가 34,000kcal/kg, 석탄 6,000kcal/kg, 천연가스 13,000kcal/kg, LNG(도시가스) 10,550kcal/N㎥, 수입무연탄 6,550kcal/kg, 연료용 유연탄 6,200kcal/kg으로 수소가 천연가스의 2.62배 밖에 되지 않는다.

가격과 열량을 감안하면 수소연료전지 발전에 사용하는 추출수소가 천연가스의 3.18배 비싼 연료인 것이다. 전국에 건설되는 수소연료전지 발전소의 수소는 대부분 천연가스에서 추출한 수소를 사용한다.

▶ 수소 8kg 추출 시, 이산화탄소는 44kg 배출

수소는 LNG에서 추출하는 것으로 LNG 중 CH4(메탄 또는 메테인)의 농도는 약 90mol%이고 나머지 메탄 외에 에탄, 프로판, 부탄 등등의 탄화수소를 포함하고 있으며 이들을 개질하면 모두 H2(수소)가 발생된다.

주장대로라면 천연가스에서 4몰의 수소를 추출하면 이산화탄소(CO2)가 1몰 생긴다. 각 원소별 원자량(H1, C12, O16)으로 무게를 계산하면 수소 8kg이 추출될 때 이산화탄소는 44kg, 즉 약 5.45배의 이산화탄소가 배출된다. 이 계산법은 이론상이고 실제 천연가스에서 추출할 경우, 효율을 감안하면 1kg당 이산화탄소 온실가스 9~12kg이 대기로 방출된다고 한다.

수소연료전지 발전이 온실가스를 배출하지 않는다고 하지만 이것은 수소연료전지 발전소가 운영 중인 작은 마을에는 온실가스(이산화탄소)를 배출하고 전기를 쓰는 대도시는 온실가스가 적게 배출되는 것뿐이다. 우리나라 전체로 보아 LNG로 발전할 때처럼 온실가스 배출총량이 늘어나는 이치라는 것이다.

▶ 수소연료전지 안전한가?

수소는 공기보다 훨씬 가벼워 누출되더라도 폭발 위험성이 없다고 한다. 하지만, 이는 수소의 위험을 간과한 위험천만한 것으로 현실에서는 결코 그렇지 않다.

지난해 5월 23일 강릉의 수소연료전지발전 연구단지에서 일어난 수소 폭발로 2명이 사망하고 6명이 중경상을 입었다. 3동의 건물이 풍비박산 나고 340억원의 재산 피해가 났다. 화염은 없었지만 문제는 150미터 떨어진 건물에도 상당한 피해를 줄 정도의 충격파였다.

수소는 음속보다 평균 5.4배 빠르게 이동하며 공중의 산소와 격렬한 연소반응을 일으켜 초음속의 강력한 충격파를 발생시킨다. 전투기가 음속을 돌파할 때 굉음을 내 주변 건물을 흔들리게 하는 소닉 붐과 같은 현상이다. 수소의 폭발이 무서운 것은 바로 이 폭굉이라 부르는 초음속 충격파 때문이다. 강릉의 수소연료발전 연구단지가 이런 이유로 폭발한 것으로 보여진다.

▶ 국내 수소연료전지 발전소 현황은?

우리나라 최대 수소연료전지발전소인 화성에 있는 '경기그린에너지'는 현재도 따져봤다.

2013년 11월부터 운영 중인 '경기그린에너지'의 연료전지 발전소는 용량이 58.8MW로 건설비가 3300억여원이 투입됐다. 매년 14만 가구가 사용할 수 있는 전력량인 46만4000㎿h를 생산할 수 있다고 호언장담했지만 현실은 달랐다.

2014년에 45만3672㎿h였던 전력 생산량은 지난해 35만1639㎿h까지 떨어졌다. 당초 예상치의 75.8% 정도만 전력을 생산하면서 수익도 급강하했다. 수소연료전지와 수소연료전지발전 시스템을 공급하고 유지보수 용역을 하는 포스코에너지의 기술력 부족 때문이었다.

문제는 현재 포스코에너지는 국내 수소연료전지발전 부문의 50% 이상을 담당하고 있고 포스코에너지의 설비를 사용하는 수소 연료전지 발전소가 28곳이나 된다는 점이다. 수소 연료전지 기술 자체에 결함이 있는 상황이라 다른 수소연료전지 발전소도 제2의 경기그린에너지 사태가 발생할 가능성이 농후하다.

경기그린에너지보다 더 심각한 상황에 있는 것은 삼척의 MCFC기지로 가동이 멈춘 상태이다.

더 심각한 문제는 포스코에너지가 지난 10년간 6,100억원의 적자를 내고 있어 자신들이 설비를 공급한 경기그린에너지 등 수소연료전지 발전소에 유지보수비용을 2배로 올려 줄 것을 요구하고 있다는 것이다. 포스코에너지의 요구를 들어줄 경우 경기그린에너지의 경우 1기당 유지보수비용이 연간 7억에서 16억으로  올라 5년간 총 1,500억원이 넘는 유지보수비용이 추가로 들어가야 한다고 한다.

Stack 효율 저하로 발전량이 계속 하락해 수입이 급감하는데 유지보수 비용마저 추가로 떠안으면 수소연료전지 발전소 가동은 중단하는 게 낫다. 여기에다 최근 REC 가격이 폭락하고 있어 국내 수소연료전지 발전소들은 그로기 상태다.

이대로라면 우리나라 수소연료전지 발전은 실패했고, 또 개선될 전망도 전혀 보이지 않는 상황인 셈이다.

지난해 3월, 인천 동구에 39.6MW(메가와트)급의 수소연료전지 발전소가 건립된다는 소식이 뒤늦게 알려지면서 주민들이 거세게 반발했다.

수소연료를 천연가스에서 추출하는 과정에서 산소와 화학반응을 일으켜 수소를 뽑아내야 하는데 이 과정에서 질소화합물이나 황화합물 등의 불순물이 생긴다고 지적했다. 특히 주거지와 2~300m 밖 인근 주민들과 아무 사전협의없이 사업진행을 하다가 허가를 받은 후 '안전하다'며 주민들을 설득시키려 했다는 게 큰 화근이 됐다.

결국 인천시 동구청장은 "수소연료전지의 인허가를 포함한 모든 행정절차를 중단한다"고 선언하기에 이르렀다.