[뉴스핫라인] 이제 수소경제다. 수소경제 발맞춰 액체수소플랜트 부상 ③
[뉴스핫라인] 이제 수소경제다. 수소경제 발맞춰 액체수소플랜트 부상 ③
  • 이의정 기자
  • 승인 2019.05.23 16:44
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2030년까지 액화수소플랜트 핵심기술 국산화 추진
안전성과 효율성 탁월한 액화수소로 저장·운송 확대
(사진출처=두산중공업)
(사진출처=두산중공업)

본격적인 수소사회의 도래가 임박한 가운데 정부는 수소경제 인프라 구축에 힘을 쏟고 있다. 이 가운데 수소의 생산, 저장, 운송 기술이 중요한 핵심요소가 될 것이다. 그 중 '액체수소플랜트'가 저장,운송 기술로 대두되고 있다. 본지는 이 '액체수소플랜트'가 무엇이고 어떤 장점과 단점이 있는지 알아보고자 한다.

◆액체수소플랜트란 무엇인가

정부가 수소경제활성화로드맵을 발표하면서 ‘액체수소플랜트’가 부상하고 있다.

2030년부터 본격적인 수소사회가 도래할 경우 수소의 생산, 운송, 저장 인프라에 대한 수요가 증가할텐데 이때 대량으로 수소를 운송하고 저장하는 기술인 액체수소플랜트에 관심이 집중되고 있다.

흔히 수소하면 기체를 떠올린다. 또한 수소경제 초기에는 기체수소가 많은 역할을 할 것이다. 그런데 수소를 대량으로 운송하고 저장하려면 액체화할 필요성이 커진다. 수소를 액체화 할 경우 기체수소보다 더 많이 운반, 저장할 수 있기 때문이다.

이에 정부도 수소경제활성화로드맵에 액체수소 상용화를 반영한 것이다. 수소경제활성화로드맵에 따르면 오는 2030년 까지 액화플랜트 및 액화탱크, 펌프, 밸브 등 국산화 기술개발을 추진한다는 계획이다. 이것의 일환으로 국토교통부(장관 김현미)가 올해부터 상용급 액화 수소플랜트 핵심기술 개발에 본격적으로 나선다.

◆액체수소플랜트의 장점

현재 미국, 독일, 프랑스, 일본이 액화수소플랜트 기술을 확보하고 있다. 한국은 아직 걸음마 수준이다. 앞으로 세계시장에서 경쟁력을 갖추려면 국산화 기술개발이 절실한 실정이다.

현재 국내에서는 석유화학 공정의 부산물인 부생수소와 천연가스, 석탄가스화, 재생에너지의 수전해를 통한 수소를 활용하고 있다.

생산된 기체수소는 고압으로 저장탱크에 저장하기도 하고 고체화하거나 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Camier) 및 암모니아화, 물질변환(액상), 액체화해서 저장하고 있다.

국내에서는 기술을 확보하고 있는 기체수소 저장운송 방법을 가장 많이 활용하고 있다. 하지만 기체수소는 저장량에 한계가 있고 압력용기가 비싸 대용량으로 수소를 저장운송하는데 한계가 있다.

고체저장은 금속수소화물 또는 탄소나노 구조에 저장하는 방식으로 가장 안전한 수소저장방식이나 저장량에 한계가 있다.

LOHC 및 암모니아 저장은 액체수소에 비해 높은 온도로 저장, 운송하는 장점이 있으나 단위 무게당 수소의 함량이 낮아 운송효율이 떨어지고 수소화합물화 및 수소추출 공정을 거져야 하는 단점이 있다.

또한 암모니아는 독성이 있는 물질이므로 위험성도 논란이 되고 있다.

이에 반해 액체수소는 기체수소의 부피를 1/800으로 감소시킬 수 있고 대기압에서 저장이 가능해서 저장용기의 안전성 부분에서 큰 장점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 낮은 온도로 기존 고압기체수소에 비해 폭발 위험성이 낮다.

액체수소는 다른 공정없이 단순 기화만으로 즉시 활용이 가능하다. 하지만 액화수소의 생산을 위해 기체수소의 액화공정에서 대규모의 시설투자가 필요하고 단순압축 저장방식에 비해 많은 에너지가 필요함으로 높은 비용이 든다는 단점이 있다.

그렇다면 기체수소와 액체수소 중 무엇이 나은가? 전문가들은 두 수소만 놓고 비교한다면 안전성과 경제성 측면에서는 액체수소가 기체수소가 유리하다고 분석하고 있다.

수소경제활성화 로드맵에 참여한 한 전문가는 “기체수소는 200bar이상의 고압으로 저장하지만 액체수소는 대기압으로 저장하기 때문에 기체수소보다는 안정성 측면에서 유리하다”라며 “액체수소가 추가비용이 발생하지만 기체 대비 운송비용이 1/10에 지나지 않아 경제성 측면에서도 우위에 있다”고 분석했다.

미국 에너지부에서 제공하는 수소스테이션 경제성 분석표를 보면 수소의 생산, 저장, 이송, 판매까지 전 주기 경제성에서 충전용량이 클수록 액체수소가 월등한 것으로 나타났다.

◆ 국산 액화수소플랜트 기술 개발 절실

정부는 수소경제활성화로드맵에서 초기에는 대규모 기체수소 저장, 운송방법을 활용하고 2030년 부터는 액화수소, 액상 및 고체 수소저장운송 방법으로 확대한다는 계획이다.

우선 기체수소 부분에서는 관련 규제를 완화하고 효율성을 제고하는 한편 액화수소는 대량의 수소 저장공급에 필요한 핵심기술 국산화를 추진할 예정이다.

또한 액상의 경우 현재 추진 중인 일부 원천기술개발을 확대하고 지속적인 기술개발을 지원하기로 했으며 고체 저장은 세계적으로 아직 초기 단계이므로 장기적으로 기술확보를 지원할 계획이다. 오는 2030년 까지 액상 및 고체 저장기술 상용급 실증, 상용화가 추진된다.

올해부터 국책 연구과제로 LNG냉열을 활용해 대량의 수소를 저장, 공급할 수 있는 상용급(5ton/day)액화수소플랜트 핵심기술 국산화 개발이 추진될 계획이다.

LNG란 메탄을 주성분으로 하는 가연성 가스인 천연가스를 대량저장이 가능하도록 액화한 것이다. 이 LNG를 소비처에 보내기 위해 기화하는 과정에서 발생하는 냉열을 액화공정에 사용하자는 것이다.

상용급 약화수소플랜트 핵심기술 개발 연구 과제로는 ▷수소액화플랜드 공정 기술 개발 ▷수소액화플랜트 핵심기자재 설비 개발 ▷액체수소 저장 국산화 개발이 제시되었다.

정부는 이번 사업에 2023년까지 5년간, 총 사업비 485억 원을 투입한다.

현재 상용 수소액화 플랜트 기술은 Air Product & Chemicals (미국), Praxair(미국), Linde (독일), Air Liquide (프랑스) 등 4개 기업이 이끌고 있다. 일본의 이와타니산업도 수소액화플랜트를 운영하고 있지만 기술적인 면에서는 앞의 4개 기업에 의존하고 있는 형편이다.

국내 수소액화 기술의 경우 한국기계연구원이 헬륨냉각공정을 적용한 수소약화 공정 설계기술을 연구했다. 액화기 제품으로는 한국과학기술연구원(KIST)과 하이리움산업(국내 최초 수소액화 전문기업)이 합작한 G-M(Gofford-McMahon)극저온 냉동기를 이용한 실험실 규모의 소형 수소액화시스템이 유일하다. 다시말해 아직 걸음마 단계라고 볼 수 있다.

지난달 23일 두산중공업이 창원 수소에너지 순환 시스템 실증단지 조성 사업의 일환으로 국내 최초로 수소액화플랜트를 공급한다는 계획을 발표했다.

이를 위해 두산중공업은 창원시·창원산업진흥원과 수소액화·저장장치 실증사업 추진을 위한 양해각서를 체결했다. 두산중공업은 수소액화플랜트를 설계·조달·시공(EPC) 방식으로 건설하고 두 기관과 함께 유지보수(O&M) 업무를 수행한다. 전문가들은 이번 사업이 수소액화플랜트를 시험·평가하기 위한 ‘테스트베드’ 가 될 것이라고 전망했다.

◆액화수소플랜트에 대한 우려

하지만 일각에서는 액화수소에 대한 우려감을 조심스럽게 표명했다.

수소를 액화하려면 부수적으로 에너지가 필요한데 현재 국내에선 화석연료를 사용하므로 여기서 이산화탄소 문제가 발생한다는 것이다. 또한 액화수소를 해외에서 수입할 경우 냉각에너지를 어떤 식으로 사용할지도 고려해야 한다고 전했다

하지만 전문가들은 향후 대량의 수소 사용을 위해서는 대량의 수소저장, 공급이 가능한 액화수소의 필요성이 커지고 있다고 강조했다.

수소경제의 인프라 확대를 위해선 생산지에서 수요지역까지 효율적인 고압기체수소 운반이 필요하다. 그러므로 액화수소플랜트 건설은 장기적인 측면에서 필요한 사업이다.

글로벌 수소위원회 관계자는 “액화수소는 안전성와 저장 및 운송 효율성에서 탁월하다”며 “액화수소가 시기상조라는 의견도 있지만 이미 미국과 일본은 액화수소플랜트 개발에 적극적으로 임하는 만큼 한국도 수소사회를 준비하기 위해선 국산 액화수소 기술화와 관련 인프라 개발에 힘써야 한다”고 전했다.

환경경찰뉴스 이의정 기자


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