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수소액화플랜트 상용화 위한 최적기술 논의
‘고효율수소액화플랜트 상용화 기술 포럼’서 수소전문가 '군책군력(群策群力)'
2017년 08월 17일 (목) 22:22:27 김웅빈 기자 wbkim@ienews.co.kr
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[에너지신문] 고효율 수소액화플랜트 상용화 기술 개발을 위해 정부와 산ㆍ학ㆍ연 수소 전문가들이 한자리에 모였다.

국토교통부, 한국기계연구원, 한국가스안전공사, 국토교통과학기술진흥원이 공동주관한 ‘고효율수소액화플랜트 상용화 기술 전문가 포럼’이 17일 용인시 양지파인리조트에서 개최됐다.

이번 행사는 수소액화플랜트 상용화기술개발 기획 전문가, 국토교통과학기술진흥원 담당자, 지방자치단체 관계자 등 약 30명이 참석해 국토교통부의 '고효율 수소액화플랜트 상용화 기술개발 기획'에 대한 타당성 검토, 사업모델ㆍ추진전략 수립 및 세부 연구주제 등을 논의하기 위해 마련됐다.

   
▲ 최병일 한국기계연구원 박사가 ‘고효율 수소액화플랜트 상용화 기술개발 기획 현황’에 대해 발표하고 있다.

이날 수소산업 분야 전문가들은 수소액화플랜트의 상용화를 위한 다양한 기술개발 방안을 제시해 눈길을 끌었다.

최병일 한국기계연구원 박사는 ‘고효율 수소액화플랜트 상용화 기술개발 기획 현황’에 관한 주제로 발표를 시작했다.

발표에 앞서 최병일 박사는 “이번 기획연구는 경제성을 고려한 LNG냉열, 공기분리장치 냉열 등을 이용한 고효율 수소액화 플랜트 기술 개발, 미래 수소사회 인프라 구축을 위한 수소제조ㆍ공급, 액체수소 융복합 스테이션 연계 기술개발 등 실용화를 위한 관련제도의 정비, Test Bed 구축 및 사업화 방안 모색을 목표로 한다”며 연구 취지를 밝혔다.

이어 액화수소 기반 인프라에 대해 ‘사업 타당성’, ‘정책 타당성’, ‘기술 타당성’, ‘경제 타당성’ 등 4개 관점에서 수소 인프라에 대한 타당성 검토 사항을 발표했다.

최 박사의 발표에 따르면 액화수소 인프라는 수소스테이션의 용량에 따라 경제성이 결정 되는데, 250kg/day 이상의 용량일 경우 액화수소 기반 스테이션이 기체 수소스테이션에 비해 경제성이 우월해진다는 분석이다.

또한 액화수소는 고압수소(200bar) 대비 4배의 저장효율을 가진다. Tube trailer에 의한 1회 운송량은 액화수소 3500kg, 기체수소 300kg(200bar)로 그 차이가 11배에 달한다.

현재 수소액화 플랜트는 전 세계에서 30개의 상용급 플랜트가 운영 중이며, 2010년 기준으로 총 생산용량은 355ton/day로 나타났다. 아메리카에서는 미국과 캐나다, 유럽에서는 프랑스, 독일, 네덜란드. 아시아에서는 인도와 일본, 중국만이 수소액화 플랜트를 운영하고 있다.

이에 최 박사는 2025년 기준, 수소액화플랜트 목표 용량을 상용 수소 액화플랜트의 최소 수준인 5ton/day로 설정해 액화수소인프라 구축방안을 구체화했다. 이는 2025년 전체 수소 자동차용 수요의 10%를 액화수소로 공급한다는 시나리오다.

이어진 ‘사업모델 및 추진전략’ 발표에서는 4가지 사업추진모델을 제시했다.

첫 번째로 ‘부생수소’를 이용한 액화수소 인프라 모델을 소개했다. 이 모델은 부생수소 공급 여건이 충분하다는 장점을 갖는다. 하지만 기체수소 공급을 위해 부생수소 발생 지역으로 보내는데 입지적인 제한이 있다. 또한 기존 부생수소의 경우 이미 수요처가 정해져 있고 부생수소기반으로 수소를 공급할 업체 역시 필요하다는 평가다.

울산은 기존 부생수소를 활용한 파이프라인 인프라가 구축돼 있고, 여수와 당진은 당진 제철소 수소생산플랜트와 같은 부생수소 발생업체가 있어 유력한 후보지로 손꼽히고 있다.

두 번째는 ‘도시가스 SMR(Steam Methan Reforming) 수소’를 이용한 인프라 모델이다. 이 모델은 기존에 설치된 전국 도시가스 배관망을 활용할 수 있을뿐더러 수소의 원료가 되는 LNG 공급이 수월하다는 장점이 있다. 다만 도시가스 사업자의 사업영역확장을 위한 참여의지와 약 100억원에 달하는 SMR 초기투자비용 문제가 도시가스 SMR 모델의 단점이다.

세 번째는 ‘LNG SMR 수소’를 이용한 모델이다. 이 모델은 기체수소의 원료가 되는 LNG는 Trailer를 통해 도시가스 공급비용 수준으로 공급이 가능해 후보지가 다양화돼 전국 지자체의 관심을 이끌어 낼 수 있다는 강점이 있다. 또한 LNG 냉열을 활용한 수소액화플랜트의 고효율화가 가능하다는 평가다. 그러나 가스공사 인수기지 내 수소생산 및 액화플랜트 건설시 법적 제약이 선결돼야 하고 SMR 초기투자비용 역시 이 모델의 큰 걸림돌으로서 작용한다.

네 번째 모델은 신재생에너지 수전해 수소 모델이다. 강원도 영월, 광주광역시, 제주도 등 대형 태양광 및 풍력 발전 설비를 보유한 지자체에서 추진 가능한 모델이다. 신재생에너지 기반으로 온실가스 배출이 최소화 된다는 장점을 가지는 반면 냉열 공급 소스가 없어 액화플랜트 효율이 저하된다는 점, 높은 발전단가와 낮은 수전해 효율로 인한 경제성 부족 등이 단점으로 손꼽힌다.

이어 최 박사는 ‘수소액화플랜트 구축 방법’을 발표했다. 현실적인 목표 달성을 위해 해외 기술 도입과 병행한 자체 개발을 제안했다. 수소액화플랜트 1호기와 2호기를 동시에 운영하자는 내용이다. 먼저 1호기는 해외 플랜트를 국내에 도입해 사업 초기 리스크를 줄이고 자체 개발을 위한 운영경험 축적 용도로 사용하자는 것이다. 동시에 2호기는 1호기 운영을 통해 얻어지는 공정DATA를 토대로 자체 설계를 진행한다는 방안이다.

발표를 마치며 최 박사는 “수소액화플랜트 사업 추진을 위해서는 여러 기관의 관심이 필요하다”며, “수소유통업체의 경우 국내 수소유통업체에서 액화플랜트를 건설해 저장 및 수송을 담당하는 경우가 가장 이상적이지만 현 상황에서는 경제성으로 인해 수소유통업체가 직접 추진 주체로 나서는 것을 꺼리고 있다. 이와 관련해 경제성 부분을 보완할 지원방안이 필요하다”고 역설했다.

이어진 발표는 ‘수소액화플랜트 보급 및 사업화’에 관한 주제로 차광석 현대건설 부장이 ‘당진 현대제철 수소액화 플랜트 시공 검토’에 대해 발표했다.

   
▲ 차광석 현대건설 부장이 ‘당진 현대제철 수소액화 플랜트 시공 검토’에 대해 발표하고 있다.

차 부장은 “현대제철소는 자체적으로 최대 10.6ton/day 의 부생수소를 생산한다”며, "현재 당진 현대제철 내 수소 인프라 구축을 위해 5만 7000평 규모의 부지에 수소생산 플랜트, 수소차 충전소 부지, 수소연료전지 발전소 등을 검토하고 있다“고 밝혔다.

이어 “‘액화수소 시장 확대 및 활용 방안’에 관해서는 수소연료전지 분산발전소 건설을 통해 수소를 활용한 신 정부의 탈석탄ㆍ탈원전 정책에 부응할 수 있을 것”이라고 설명했다.

이용규 Air Liquide Korea 부장은 '수소충전소 운영을 위한 수소 원가 분석' 결과를 발표했다.

이 부장은 “나프타, LPG 및 천연가스 등 수소 원재료의 매입 금액에 따라 생산수소의 원가가 크게 달려진다”며, “수소 생산, 이송 및 충전 각 부분에서 부분 별 원가를 낮추려는 노력이 필요하다. 또한 수소전기차용 수소판매 금액을 낮추기 위해 정부 차원의 보조급 지급과 수소충전소의 가동률을 높이는 것이 필요하다”고 지적했다.

이날 행사에서는 ‘수소액화 공정’에 관한 주제로 △최창열 LINDE Korea 부장의 ‘LINDE의 수소액화 플랜트 기술현황’ △박동성 국가핵융합연구소 박사의 ‘KSTAR 헬륨액화 플랜트 구성 및 운영 기술’ △정상권 KAIST 교수의 ‘혼합 냉매를 이용한 수소 액화 J-T 냉동 사이클’ △박성제 한국기계연구원 박사의 ‘냉열활용 수소액화 Claude Cycle'에 관한 발표가 이어졌다.

또한 ‘핵심기자재 및 운영’에 관한 주제로 △문흥만 대성초저온연구소 소장은 ‘극저온 액화 Cold Box 설계기술’ △정인철 두산중공업 부장은 ‘액화수소저장탱크, 극저온열교환기 기술’ △장대준 KAIST 교수는 ‘액체수소 저장탱크 기술’ △이재훈 한국가스안전공사 박사는 ‘수소 밸류체인 내 안전거리 및 안전설비 현황’ △박찬국 고등기술연구원 박사는 ‘고효율 수소 액화플랜트 제어 최적화 및 체감형 훈련시스템 기술’에 대해 각각 발표했다.

한편 이번 행사는 17일부터 양일간 진행된다. 18일에는 'Top Down 연구 주제 선정‘과 ’사업 타당성 및 사업 추진 전략‘을 위한 토론이 이어질 예정이다.

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