[에너지데일리 송병훈 기자] 석탄화력발전소가 국내 미세먼지의 주요 배출원으로 인식되면서 한국전력과 발전5사 등 전력그룹사는 정부의 미세먼지 정책 방향에 맞춰 미세먼지 특별대책 기구를 운영하는 동시에 미세먼지 저감 신기술을 공동개발하는 등 미세먼지 배출 감축에 박차를 기하고 있다. 그리고 그 효과도 가시적으로 나타나고 있다.
한국전력 전력연구원에 따르면, 현재 발전소에서 배출되는 먼지의 99.99%, 황산화물의 98%, 질소산화물의 95%에 이르는 제거율을 보이고 있다. 또한 배출치를 법적 배출허용기준치의 25~50% 이하로 유지하는 등 오염물질 배출을 최소화하고 있는 것으로 나타나고 있다.
한전 전력연구원이 진행중인 다각적인 대기오염물질 감축과 관련 연구개발(R&D) 활동을 지면에 담았다.

▲ 국내 석탄화력 굴뚝 미세먼지 전수 측정

미세먼지가 사회적 이슈로 부각한 이후 한국전력(사장 김종갑) 전력연구원은 발전5사와 함께 2019년말까지 국내 최초로 석탄화력 굴뚝 미세먼지 전수 측정 및 데이터베이스 구축, 발전소별 배출량 평가, 발전소 주변지역 2차 미세먼지 거동평가, 국외 및 발전소의 미세먼지 기여율 평가 등을 완료했다.

한전 전력연구원은 발전소에서 배출되는 미세먼지를 정확히 산정하기 위해, 발전5사가 운영 중인 60기의 석탄화력발전소 전수를 포함한 중유 및 복합화력 등 총 74기의 발전소를 대상으로 굴뚝에서 직접 배출되는 1차 미세먼지의 농도 및 배출량을 측정했다. 그리고 이를 활용해 국내 최초로 사용 연료 및 가동 연수, 배가스 계통별 미세먼지 배출특성 등 관련 데이터베이스를 구축했다.

미세먼지 데이터베이스를 이용해 발전소 미세먼지 배출특성평가를 수행한 결과를 보면, 석탄화력의 경우 배기가스 중 총먼지 농도는 평균 3~4mg/m3로 확인됐다. 이는 발전소 먼지 배출허용기준 10~15mg/m3 보다 훨씬 낮은 수치다. 그리고 중유화력은 3.01mg/m3, 복합화력(LNG)의 배출농도는 평균 0.11mg/m3으로 조사됐다.

또한 석탄화력에서 배출되는 초미세먼지 PM2.5의 농도는 2.71mg/m3로 나타났고, 굴뚝에서 실측한 미세먼지 농도로부터 배출량을 산정한 결과 총 먼지는 2639톤이었다. 이는 2016년도 환경부에서 굴뚝자동측정기기(TMS) 데이터를 기반으로 산정·발표한 3382톤 대비 78% 수준인 것으로 파악됐다. 그리고 이같은 결과는 발전소의 환경오염설비의 성능 개선 등에 꾸준한 투자에 기인한 것으로 평가되고 있다.

▲ '배출가스 중 미세먼지 자동연속측정시스템' 개발

현재 발전소에서 배출되는 총 먼지, 황산화물 및 질소산화물 등은 굴뚝에 설치된 굴뚝자동측정기기를 통해 측정·관리하고 있으나, PM10, PM2.5는 측정할 수 없다. 이에 전력연구원에서는 PM10, PM2.5를 측정, 관리할 수 있는 '배출가스 중 미세먼지 자동연속측정시스템'을 개발하는데 성공했다.

'배출가스 중 미세먼지 자동연속측정시스템'은 입자분리장치, 배가스를 희석하는 전처리 장치, 입경별 측정장치 등으로 구성돼, 실시간으로 모니터링이 가능하다. 한국중부발전 신보령화력본부 2호기와 한국남부발전 삼척그린파워발전소 2호기에서 실증과 장시 성능시험을 완료한, 후 현재 확대 적용을 위해 전력산업기술기준(KEPIC)에 발전소 미세먼지 측정방법의 표준제정을 진행하고 있다.

이와 함께 전력연구원은 대기 중 미세먼지 및 오염물질의 농도와 성분 등 특성을 실시간으로 측정, 분석할 수 있는 미세먼지 측정 인프라를 구축하고, 이를 활용해 발전소 주변 지역의 오염물질 농도 지도를 2차원적으로 측정·평가했다.

미세먼지 측정시스템은 기상장비와 25종의 측정분석기로 구성돼 있고, 2대의 차량에 탑재해 이동측정시스템으로 이용할 수 있도록 갖추어져 있다.

발전소 주변지역의 오염물질 농도지도를 분석한 결과, 발전소 인근에 위치한 공단 등에서 발생한 오염원과 중국 등 외부에서 유입된 오염원이 발전소 주변 지역에 크게 영향을 미치고 있다는 것으로 나타났다. 특히 발전소 주변 지역의 2차 미세먼지 생성량은 인근 화학공단에서 평가한 생성량의 8분의 1 수준으로 확인됨에 따라, 국가적으로 효과적인 미세먼지 관리방안 수립에 중요한 정보로 활용될 수 있을 것으로 전력연구원은 기대하고 있다.

▲ 발전분야 국내 영향 약 9% 수준

한편 전력연구원은 미국 전력중앙연구소(EPRI)와 공동으로 중국 등 해외에서 발생하는 월경성 미세먼지의 영향과 발전소가 국내에 미치는 영향을 평가하기 위해 모델링 기술을 이용, 미세먼지 기여율을 산정했다.

2016년도 미세먼지 농도 및 기상자료 등을 기반으로 EPRI와 공동으로 동북아 지역을 대상으로 광역모델(GEOS-Chem)을 통해 평가한 결과, 연평균 기여율은 국내 40%, 중국 40%, 기타 국가가 약 20% 정도인 것으로 나타났고, 고농도 미세먼지가 발생한 날의 경우에는 국외 영향이 80%까지 크게 높아지는 것을 확인했다. 또한 발전분야가 국내에 미치는 영향은 약 9% 수준으로 타 기관에서 발표한 약 12% 내외보다 낮게 나타나는 것으로 분석됐다.

이와 같은 평가 결과는, 평상시 우리나라의 미세먼지 중 30~50%, 고농도시 60~80% 정도가 국외에서 유래한다고 분석한 2018년도 환경백서 공개자료 및 지난 2016년 한국과 미국 항공우주국(NASA)이 공동으로 수행한 한·미 대기질 합동연구(KORUS-AQ)의 국내 52%, 국외 48%의 기여율과 유사한 수준임을 알 수 있었다는 게 전력연구원의 설명이다.

한전과 발전5사는 미세먼지 배출량 및 영향평가 결과를 바탕으로 발전소에서 배출되는 미세먼지 등 오염물질 제거에 특화된 기술개발 시급성을 확인하고, 집진·탈황·탈질 기술, 환경설비 성능개선 등 미세먼지 감축 기술이 담긴 중장기 로드맵을 수립하고, 올해부터 본격적으로 신기술 개발을 추진하고 있다.

석탄화력에서 배출되는 미세먼지 농도를 가스발전 수준으로 낮추기 위해 ▶먼지 입자의 이동 속도 차이와 물리화학적 방법을 적용, 입자 크기를 키워 집진 효율을 높임으로써 90% 이상의 미세먼지를 제거할 수 있는 입자응집 조대화 기술 ▶산화 촉매를 이용해 대기로 배출되는 미량의 미반응 암모니아를 제거하는 기술 ▶옥내저탄장에서 발생하는 부유먼지, 휘발성유기화합물 등의 오염물질을 필터와 산화촉매를 이용해 제거하는 신공정 환기시스템 개발 등의 기술개발에도 착수했다.

전력연구원 관계자는 "미세먼지가 국가적 아젠다로 떠오른 이후 3년여의 기간 동안 발전소 굴뚝 미세먼지 실측 데이터베이스 구축 및 배출량 평가, 발전소 주변지역 2차 미세먼지 평가, 미세먼지 농도에 대한 발전소 기여율 산정 등을 완료하고 자료를 축적했다"면서 "확보된 자료를 발전5사를 포함한 국내 전문가 등이 미세먼지 문제 해결에 활용할 수 있도록 공개할 예정"이라고 밝혔다.

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