2050년 탄소중립 선언… 롤모델 아이치현 헤키난화력발전소를 가다

도쿄·주부전력 세계 첫 상업 실험
기존 화전 일부 개조 투자비 적어

車부품사 덴소, CO2 회수해 발전
아사히철공, 자체 절감 방식 공유
폐기물 에너지 활용 토마토 생산

발전단가 높고 전기료 상승 과제
고질적 전력난… 원전 필요성 제기“지금 보는 보일러에서 암모니아를 석탄과 혼합해 연소시키는 겁니다. 그냥 석탄을 사용해 발전했을 때보다 친환경적인데 2040년대에는 순수하게 암모니아만을 연료로 발전하는 게 목표입니다.” 지난달 14일 일본 아이치현 헤키난시에 있는 헤키난화력발전소에서 다니가와 가쓰야 소장은 발전회사 제라(JERA)가 시행 중인 ‘암모니아 혼합’ 화력 발전에 대해 이같이 설명했다. 24층 건물 높이의 80m 시설 내부에는 사진 촬영이 허가되지 않는 암모니아 발전의 핵심 기술인 거대한 가스터빈이 있다. 기존 석탄발전 가스터빈을 개조한 이 시설의 주변은 가만히 있어도 땀이 흐를 정도로 더웠는데 가스터빈 내부에서 연소되는 모습을 볼 수 있었다. 다니가와 소장은 “가스터빈의 내부 온도는 1500도”라고 설명했다.

지난달 13~14일 아이치현의 ‘카본 뉴트럴’(이산화탄소 배출이 없는 탄소 중립) 현장을 찾았다. 때아닌 태풍과 폭우, 폭설 등 전 세계가 이상기후에 시달리면서 탈탄소가 어느 때보다도 주목받고 있다. 일본에서는 기시다 후미오 총리가 지난 1월 새해 국회 시정연설에서 ‘2050년 탄소 중립 실현’을 발표했다. 일본의 탄소 중립은 2050년까지 발전 시 재생에너지 활용 비율을 현재 20%에서 70%로 높이는 게 목표다.

전 세계 각국이 이산화탄소 배출 제로(0)에 관심을 쏟기 시작한 만큼 탄소 중립은 피할 수 없는 길이다. 일본은 어차피 가야 하는 길이라면 앞장서 가면서 새로운 수익 창출의 창구로 삼겠다는 복안을 세웠다. 특히 도요타자동차의 본사가 위치한 일본 최대 제조업 지역이자 이산화탄소 배출량이 최대인 아이치현이 일본의 탄소 중립 롤모델로 다양한 실험을 하고 있다.

일본의 탄소 중립 전략에서 특히 주목할 부분은 도쿄전력과 주부전력이 각각 출자해 설립한 발전회사 제라다. 제라는 지난해 6월부터 헤키난화력발전소에서 연료 일부에 암모니아를 소량 혼합해 발전하는 실험을 시작했다. 대형 상업용 발전시설에서 이러한 실험을 하는 것은 세계 최초다. 1991년 운전을 시작해 아이치현 전력 생산의 절반 정도를 담당하는 헤키난화력발전소에는 1~5호기의 발전 시설이 있다. 현재 5호기에서 암모니아 혼합 연료 발전이 이뤄지고 있다.

암모니아 발전이 주목받는 건 이산화탄소를 배출하지 않고 수소에 비해 액화가 쉬워 폭발 위험성이 적기 때문이다. 또 기존 화력 발전소 시설의 일부 개조만으로 발전할 수 있어 초기 시설 투자가 적은 게 장점이다. 제라는 내년 말 암모니아 혼합 비율을 20%까지 끌어올릴 계획이다. 나아가 2028년에는 50% 이상으로 비율을 대폭 늘리고 2040년에는 100% 완전 상용 운전을 하는 걸 최종 목적으로 한다.

한국 정부도 지난 8월 제10차 전력수급기본계획 실무안에서 2030년까지 전체 발전량의 2.3%를 암모니아와 수소 등의 혼합 발전으로 하겠다는 목표를 밝히며 기술 개발에 착수했다.

자동차 산업은 아이치현이 추진하는 또 다른 탄소 중립의 분야다. 여기에는 자동차 부품 회사인 덴소와 아사히철공이 앞장서고 있다. 아이치현에 본사를 둔 세계 2위 자동차 부품업체인 덴소가 설치한 70㎡ 면적의 이산화탄소순환플랜트도 주목된다. 고마가타 가즈야 환경뉴트럴시스템 개발부 차장은 “공장 내 발생하는 이산화탄소를 회수해 메탄과 반응시켜 발전하고 있다”며 “이를 덴소의 전 제작소로 확대하는 게 목표”라고 설명했다.

도요타자동차에 엔진 핵심 부품을 제공하는 기업인 아사히철공도 자체 이산화탄소 절감 방식을 개발해 역으로 다른 회사와 공유한다. 이 회사는 공장에서 발생하는 이산화탄소의 95%를 차지하는 전력과 가스 사용량을 측정하고 집계하는 자체 시스템을 개발했다. 기무라 데쓰야 대표는 “10분마다 제조라인별 제품 1개당 이산화탄소 배출량을 확인할 수 있다”며 “이 기술로 지난해 9월 기준 2013년 대비 22%나 전력 사용량을 줄일 수 있었다”고 말했다.아이치현 탄소 중립의 완결판은 폐기물 에너지의 재활용이다. 도요하시시에 위치한 2016년 설립된 3만 8700㎡ 규모의 ‘이노치오팜 도요하시’는 인근 하수처리장에서 배출된 방류수를 활용해 고품질의 방울토마토를 생산한다. 오카도 히로아키 대표는 “미생물로 정화하는 과정에서 유지되는 19도의 방류수를 활용해 연료비만 1년에 1500만엔(약 1억 4700만원)을 줄일 수 있었다”며 “지난 1년간 이산화탄소 1.94㎏을 줄일 수 있었다는 것도 방류수 활용의 장점”이라고 설명했다.

암모니아 발전, 이산화탄소 순환 발전, 방류수 활용 등 탄소 중립 기술의 가장 큰 과제는 안정적으로 에너지를 공급하고 생산 비용을 낮추는 것이다. 이 가운데 핵심인 암모니아 발전은 특히 20% 비율로 혼합해 석탄발전을 하면 순수 석탄발전보다 비용이 24% 더 드는 것으로 알려졌다. 또 석탄 화력 발전 단가가 ㎾당 10.4엔(102원)이라면 암모니아 20% 혼합 발전의 경우 12.9엔(약 126원)이다.

다니가와 소장은 “(에너지 가격 급등 등으로) 현재 일본은 전력난이 심각하다”며 “기존 화력 발전 시설을 이용하면서도 친환경 연료인 암모니아 발전을 서서히 늘려 가는 게 목표”라고 말했다. 암모니아 발전으로만 100% 가동할 경우 전기요금 인상을 불러올 수 있어 경제성을 높이는 게 과제로 떠오른 셈이다. 이를 해결하기 위해 일본 정부가 해외에서 들여오는 암모니아의 단가를 낮추는 방향으로 발전 단가를 내리는 방향을 검토하고 있다.

친환경 발전이 자리잡기 위해서는 원전 가동을 아예 피할 수 없다는 한계론도 있다. 일본은 2011년 동일본대지진 당시 후쿠시마 제1원자력발전소 폭발 사고로 원전을 꺼리게 되면서 고질적인 전력난을 겪고 있다. 일본 전력중앙연구소는 신재생에너지를 최대한 도입해도 대형 원전 30기가 필요하다고 예상했다.

니혼게이자이신문은 “원전은 재생에너지를 보완하는 탈탄소 발전이지만 후쿠시마 제1원전 사고가 일어난 지 11년이 지났음에도 원전에 대한 불신은 여전히 크다”며 “안전성과 투명성 확보를 전제로 원전을 활용해야 한다”고 밝혔다. 실제로 일본 정부는 현행 최장 60년인 원전 운전 기간을 연장하는 방향으로 관련 법 개정에 착수하기도 했다.

오무라 히데아키 아이치현 지사는 “완전한 신재생에너지 활용은 쉽지 않다”며 “원자력발전의 안전성이 확보된다는 조건하에 이를 활용한 에너지 확보와 동시에 신재생에너지를 활용하는 게 현실적”이라고 말했다.