무배출 천연가스 발전

Allam-Fetvedt 사이클: 탄소 100% 포집

효율 손실 없이 배출을 발생원에서 전량 포집하는 초임계 CO₂ 기술을 살펴봅니다. 기존의 연소 후 포집과 달리, Allam-Fetvedt 사이클은 배관에 바로 넣을 수 있는 CO₂를 사이클 자체의 부산물로 만들어 내므로 값비싼 개조가 필요 없습니다.

~100%
포집한 CO₂
~59%
순효율
250 MW
모듈 유닛당
제로
NOx/SOx 배출

Allam-Fetvedt 사이클의 작동 원리

8 Rivers Capital과 NET Power가 개발한 Allam-Fetvedt Cycle은 화력 발전을 근본부터 다시 생각한 결과입니다. 기존 발전소처럼 증기를 작동 유체로 쓰는 대신, 액체와 기체의 성질을 동시에 띠는 온도와 압력의 이산화탄소, 즉 supercritical CO₂를 사용합니다.

The process works as follows: 천연가스를 고압 연소기에서 공기가 아닌 순수 산소로 태웁니다. 이 순산소 연소는 CO₂와 수증기만 만들어 내며 질소산화물(NOx)이나 황산화물(SOx)은 발생하지 않습니다. 그 결과로 생긴 고온·고압의 CO₂가 전용 터빈을 돌려 전기를 만듭니다.

터빈에서 팽창한 뒤 CO₂는 냉각되고 물은 응축되어 빠져나갑니다. CO₂의 대부분은 작동 유체로 다시 순환하고, 태운 천연가스의 탄소량과 정확히 일치하는 잉여분은 추가 압축 없이 pipeline pressure, ready for sequestration에서 포집됩니다. 사이클에 내재된 이 포집은 최소한의 효율 손실로 CO₂를 거의 100% 제거합니다.

탄소 포집 기술 비교

기술순효율포집률성숙도비용 구조
Post-Combustion Capture~50%85-95%CommercialHigh retrofit cost
Pre-Combustion Capture~45%90-95%DemonstrationMedium
Oxy-Combustion~45%95-99%PilotMedium-High
Allam-Fetvedt Cycle~59%~100%Commercial 2026Low (inherent)

개발 일정

2018

NET Power 실증 발전소

텍사스 La Porte의 세계 최초 50 MW 열출력 실증 설비가 Allam-Fetvedt 사이클 기술을 성공적으로 입증했습니다.

2021

최초의 계통 동기 연계

NET Power가 세계 최초를 달성했습니다. 천연가스에서 나온 무배출 전기를 텍사스의 전력망에 공급했습니다.

2025

캘리포니아 파트너십

NET Power와 Carbon TerraVault가 북부 캘리포니아에 최대 1 GW의 무배출 발전 용량을 개발하는 MOU를 체결했습니다.

2026

상업 운전

최초의 유틸리티 규모 NET Power 발전소들이 각각 최대 250 MW로 상업 운전을 시작할 예정입니다.

핵심 기술 파트너

NET Power

Allam-Fetvedt 사이클 기술을 상용화하고 있습니다. 최초의 유틸리티 규모 발전소는 2026년으로 예상되며, 최대 1 GW 용량의 캘리포니아 파트너십을 포함한 수주 잔고를 확보하고 있습니다. 모듈형 발전소 한 기는 20에이커 미만의 부지에서 최대 250 MW를 생산합니다.

NYSE: NPWR

8 Rivers Capital

Allam-Fetvedt 사이클의 발명사입니다. 탈탄소 기술을 선도하는 개발사로, PacifiCorp와 함께 진행하는 와이오밍 탄소 포집 설비 등이 현재 Pre-FEED 엔지니어링 단계에 있습니다.

노스캐롤라이나주 더럼

Greco Energy의 접근 방식

Leo Paskalidis의 주도로, Greco Energy의 모든 시설은 처음부터 CCUS 통합이 가능하도록 설계됩니다. 북미 개발 사업에는 넷제로 배출을 달성하기 위한 탄소 포집 인프라를 포함할 예정입니다.

CCUS 대응 설계넷제로 경로기술 유연성

Allam-Fetvedt 사이클: 자주 묻는 질문

공기가 아니라 순수 산소로 연료를 태우고, 초임계 CO₂를 작동 유체로 삼아 터빈을 돌리는 천연가스 발전 사이클입니다. 연소에 공기 중 질소가 들어가지 않으므로 배기는 연도가스가 아니라 사실상 순수한 CO₂와 물입니다. 물은 응축해 빼내고 CO₂는 다시 순환시키며, 남는 분량은 배관 압력 상태로 발전소를 떠납니다. 8 Rivers가 개발하고 NET Power가 상용화했습니다.

애초에 CO₂를 묽게 만들지 않기 때문입니다. 기존 발전소는 78%가 질소인 공기로 연료를 태우므로, CO₂는 거대한 배기 흐름 가운데 몇 퍼센트로 나오고 이를 다시 화학적으로 분리해야 합니다. 연소 후 포집이 비싸고 에너지를 많이 먹는 이유가 바로 그 분리입니다. 순산소 연소는 처음부터 질소를 없애므로 CO₂가 이미 농축되고 가압된 상태입니다. 배기 굴뚝이 없으니 세정 설비도 없습니다.

지어졌고 운전되었습니다. NET Power는 텍사스 La Porte에서 50 MW 열출력 실증 설비를 운영하고 있습니다. 2018년에 처음 점화했고, 2021년에는 전력망에 전기를 공급한 최초의 무배출 천연가스 발전소가 되었습니다. 분명한 이정표이지만 이것은 실증 발전소입니다. 각각 약 250 MW인 최초의 유틸리티 규모 설비는 아직 개발 중입니다. 실증 규모에서 입증된 것과 상업적으로 일상화된 것은 다릅니다.

순효율 약 59%로, 최신 H급 복합화력의 약 60–64%와 견줍니다. 중요한 것은 그 59%에 이미 포집이 포함되어 있다는 점입니다. 기존 CCGT에 연소 후 포집을 덧붙이면 보통 효율이 7~12%포인트 떨어지므로, 공정한 비교는 포집 포함 59% 대 포집 포함 약 50%입니다. 이 사이클의 진짜 강점은 바로 여기에 있습니다.

배관 압력에 높은 순도를 지닌 초임계 흐름으로 발전소를 떠나며, 이는 저장과 활용 양쪽이 모두 원하는 형태입니다. 동시에 이것이 제약이기도 합니다. 이 사이클은 CO₂가 갈 곳, 즉 배관이나 저장 부지, 산업 오프테이커가 있는 곳에서만 의미가 있습니다. 그것이 없으면 살 사람 없는 제품을 만드는 발전소가 됩니다.

아닙니다. GRECO는 약 20 MW 이하에서는 고체산화물 연료전지를, 그 이상에서는 복합화력을 짓습니다. 저희 캠퍼스에 필요한 규모에서 이미 입증되었고 지금 인허가를 받을 수 있는 기술이기 때문입니다. Allam-Fetvedt 사이클은 CO₂ 수송과 저장이 갖춰진 더 큰 부지를 위한 포집 대응 선택지로 계속 지켜보고 있으며, 하지 않은 도입을 한 것처럼 암시하기보다 그 사실을 분명히 말씀드립니다. 기계를 정하는 것은 새로움이 아니라 규모와 인허가입니다.
GRECO가 오늘 짓는 것

포집 대응은 로드맵입니다. 이것은 실제 발전소입니다.

GRECO는 계량기 후단에서 발전하므로 캠퍼스가 계통 연계 대기열에서 몇 년을 기다리는 대신 몇 달 만에 가동합니다. 약 20 MW 이하에서는 연소가 없고 NOx가 거의 0인 고체산화물 연료전지를, 그 이상에서는 복합화력을 쓰며, 열을 회수해 지역에너지에 판매하면 총효율은 90%를 넘습니다.

출처 및 더 읽을거리