한전 삼척화력 암모니아 혼소 발전 — 2027년 석탄 버너를 통째로 바꾸는 이유

불타도 탄소가 안 나온다.

이게 암모니아 혼소 발전의 가장 이상한 매력입니다. 비료 냄새로만 알던 그 물질이, 지금 석탄발전소의 운명을 바꾸는 카드로 떠올랐습니다. 왜 하필 이걸까요? 수소가 더 깨끗한데 말입니다. 답은 의외로 단순합니다. 암모니아 발전은 지금 당장 기존 석탄발전소에 적용할 수 있습니다.

새 발전소를 짓지 않아도 됩니다. 버너만 바꾸면 그만입니다. 한국전력은 2025년 5월, 대전에 전소(全燒) 실증설비를 준공했습니다. 그리고 2027년부터 삼척화력의 버너를 전부 교체합니다. 암모니아 혼소 발전이 실험실을 떠나 현장으로 들어오는 순간입니다. 비료가 전기를 만드는 시대, 과연 어디까지 갈 수 있을까요?

석탄발전소는 왜 이 연료에 매달릴까

한국의 석탄발전소는 43기입니다. 전력의 상당 부분을 여기서 만듭니다. 그런데 이들이 뿜는 탄소가 문제입니다. 당장 문 닫을 수도 없습니다. 전기는 계속 필요하니까요. 그래서 나온 절충안이 바로 암모니아 혼소 발전입니다.

혼소란 석탄에 다른 연료를 섞어 태우는 방식을 말합니다. 암모니아(NH₃)는 질소 하나에 수소 셋이 붙은 구조입니다. 탄소(C)가 아예 없습니다. 그러니 태워도 이산화탄소가 나오지 않습니다.

핵심 질문: 얼마나 섞을 수 있을까?

현재 목표는 20%입니다. 석탄의 20%를 무탄소 연료로 대체한다는 뜻입니다. 적어 보이시나요? 숫자를 보면 얘기가 달라집니다. 1GW급 석탄발전소 한 기에서 20% 혼소를 하면, 연간 약 100만 톤의 이산화탄소가 줄어듭니다. 이는 중형 승용차 수십만 대를 1년간 멈춰 세우는 효과와 맞먹습니다.

한국전력은 이 기술을 삼척 순환유동층(CFB) 발전소에 적용 중입니다. 2025년 가을 버너 하나로 시범 운전을 했고, 2027년 4월부터는 32개 버너를 전부 전용 버너로 바꿉니다. 게다가 정부는 2030년까지 43기 중 24기에 20% 혼소를 확산할 계획입니다. 석탄발전의 절반 이상이 체질을 바꾸는 셈입니다.

왜 버너 교체가 핵심일까?

발전소에서 연료를 실제로 태우는 장치가 바로 버너이기 때문입니다. 연료 성질이 다르면 불꽃의 모양도, 타는 속도도 달라집니다. 그래서 석탄용 버너에 다른 연료를 그냥 넣으면 제대로 타지 않습니다.

결국 전용 버너로 바꾸는 작업이 혼소의 출발점인 셈입니다. 한전이 1MW급 소형 설비부터 차근차근 실증을 밟아온 이유도 여기에 있습니다. 작은 데서 검증하고 1GW 발전소로 키우는, 전형적인 상용화 수순을 밟고 있습니다.

데이터 비교: 혼소 발전의 전환점

새로 짓느냐, 있는 걸 고치느냐의 갈림길에서, 암모니아 혼소 발전은 확실히 ‘고쳐 쓰는’ 쪽을 택해 막대한 인프라 비용을 아끼고 있습니다.

알고 보면 ‘수소 운반 트럭’이다

이 연료의 진짜 쓸모는 하나 더 있습니다. 바로 수소를 나르는 그릇, 즉 수소 캐리어(Hydrogen Carrier) 역할입니다. 이게 무슨 의미일까요?

포스코의 수소환원제철 공정처럼 수소는 청정에너지의 핵심입니다. 하지만 다루기가 지독히 까다롭습니다. 액체로 만들려면 영하 253도까지 식혀야 하죠. 거의 우주처럼 차갑습니다. 반면 암모니아는 영하 33도, 10기압이면 액체가 됩니다. 집에 있는 부탄가스통과 비슷한 수준으로 훨씬 다루기 쉽습니다.

크래킹(Cracking) 기술의 중요성

게다가 담기는 양도 많습니다. 같은 부피에 액체수소보다 약 1.5배 많은 수소를 품습니다. 그래서 중동이나 호주에서 만든 청정수소를 암모니아 형태로 바꿔 한국까지 배로 실어 오기에 압도적으로 유리합니다.

도착한 뒤에는 어떻게 할까요? 다시 수소로 쪼갭니다. 이 과정을 크래킹(cracking·분해)이라 부릅니다. 섭씨 600도 이상에서 수소와 질소로 되돌리는 기술입니다. 한국에너지기술연구원은 최근 시간당 1.8kg의 수소를 뽑아내는 분해 장치를 선보이기도 했습니다. 결국 암모니아는 ‘수소를 안전하게 옮기는 트럭’인 셈입니다. 암모니아 발전은 연료이자 운송 수단, 두 얼굴을 가진 셈입니다.

투자 인사이트와 리스크 팩터

버너 기술과 시장의 승부처

시장은 이 흐름을 어떻게 읽고 있을까요? 자금은 ‘무탄소 발전’이라는 키워드로 모이고 있습니다. 암모니아 혼소는 재생에너지와 원전 사이의 틈을 메우는 현실적 대안으로 재평가되는 중입니다. 특히 버너 기술에 관심이 쏠립니다.

왜냐하면 이 연료는 석탄보다 불이 잘 안 붙고, 잘못 태우면 질소산화물(NOx)이 더 나오기 때문입니다. 그래서 이를 제어하는 버너가 기술의 승부처입니다. 국내에서는 비에이치아이와 현대중공업 파워시스템이 한전과 손잡고 버너 실증에 나섰고, 두산에너빌리티는 가스터빈용 30% 혼소 버너 시험에 성공했다고 밝혔습니다.

글로벌 경쟁: 일본 JERA의 움직임

해외로 눈을 돌리면 경쟁 구도가 더 선명합니다. 일본은 어디까지 왔을까요? 일본 JERA는 세계 최대급 석탄발전소인 헤키난(4.1GW)의 1GW 호기에서 20% 상업 혼소를 2029년까지 끌어올립니다. 여기에만 연간 약 50만 톤의 연료가 들어갑니다. 자연스럽게 투자자들의 관심은 이 연료를 ‘누가, 얼마에 공급하느냐’로 옮겨가고 있습니다.

연료 가격이 사업의 성패를 가르기 때문입니다. 청정 암모니아 생산·조달 역량이 밸류에이션의 새 축으로 부상하는 모습이며, 배터리 산업 못지않게 국가 간 공급망을 선점하려는 움직임도 빨라지고 있습니다.

간과할 수 없는 리스크 팩터

• 가격 장벽: 청정 연료는 아직 석탄보다 비쌉니다. 일본 JERA조차 15년짜리 정부 보조금으로 그 차이를 메웁니다. 보조금이 끊기면 경제성이 흔들릴 수 있습니다.
• 안전 및 독성: 암모니아는 그 자체로 독성 물질입니다. 대량으로 저장하고 운송하려면 누출 사고를 막는 안전 설계가 필수입니다. 주민 수용성도 넘어야 할 과제입니다.
• 그린 암모니아 논쟁: 만드는 과정에서 화석연료를 쓰면 탄소가 나옵니다. 그래서 ‘그레이 암모니아’는 반쪽짜리라는 비판을 받습니다. 재생에너지로 만든 그린 암모니아라야 의미가 삽니다.
• 질소산화물(NOx) 배출: 태우는 과정에서 또 다른 대기오염 물질인 NOx가 발생할 수 있습니다. 이를 잡는 후처리 설비 비용이 추가로 듭니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1. 암모니아 혼소 발전이 정확히 뭔가요?

석탄발전소에서 석탄의 일부를 암모니아로 대체해 함께 태우는 방식입니다. 암모니아는 탄소가 없어 태워도 이산화탄소가 나오지 않습니다. 현재 목표 혼소율은 20%로, 1GW 발전소 한 기에서 연간 약 100만 톤의 탄소를 줄일 수 있습니다.

Q2. 왜 수소를 직접 쓰지 않고 암모니아를 거치나요?

수소는 영하 253도까지 식혀야 액체가 되지만, 암모니아는 영하 33도면 됩니다. 저장과 운송이 훨씬 쉽습니다. 게다가 같은 부피에 더 많은 수소를 담을 수 있어, 먼 거리를 배로 나르는 데 유리합니다.

Q3. 한국은 어느 단계까지 왔나요?

한국전력이 2025년 대전에 전소 실증설비를 준공했고, 2027년 4월부터 삼척화력 버너 32개를 전부 교체합니다. 정부는 2030년까지 석탄발전 43기 중 24기에 20% 혼소를 확산할 계획입니다.

Q4. 암모니아 발전의 가장 큰 리스크는 무엇인가요?

가격입니다. 청정 암모니아가 석탄보다 비싸 보조금에 의존하는 구조입니다. 여기에 독성과 질소산화물(NOx) 배출, 생산 과정의 탄소 문제까지 해결해야 완전한 무탄소 발전으로 인정받습니다.