당신은 주제를 찾고 있습니까 “천연 가스 개질 – 수소! 한번에 확 훑기 (한국가스공사 X 안될과학)“? 다음 카테고리의 웹사이트 https://you.maxfit.vn 에서 귀하의 모든 질문에 답변해 드립니다: https://you.maxfit.vn/blog/. 바로 아래에서 답을 찾을 수 있습니다. 작성자 한국가스공사 이(가) 작성한 기사에는 조회수 6,032회 및 좋아요 164개 개의 좋아요가 있습니다.
천연 가스 개질 주제에 대한 동영상 보기
여기에서 이 주제에 대한 비디오를 시청하십시오. 주의 깊게 살펴보고 읽고 있는 내용에 대한 피드백을 제공하세요!
d여기에서 수소! 한번에 확 훑기 (한국가스공사 X 안될과학) – 천연 가스 개질 주제에 대한 세부정보를 참조하세요
#KOGAS #안될과학 #긴급과학 #수소
요즘 ‘수소’라는 단어를 평소보다 많이 접해보셨을 것 같은데요.
수소가 대세에너지임은 분명하지만
수소에너지를 막연하게 느끼시는 분들이 많으실 거라 생각됩니다.
그래서 준비한 오늘의 영상!
바로 수소에너지의 역사와 장단점인데요.\r
수소에너지 A to Z
안될과학과 한국가스공사가 쉽게 알려드립니다!
이 영상만 보면 나도 수소 에너지 박사★
천연 가스 개질 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요.
천연가스를 이용한 수소 제조 기술 현황 – Korea Science
현재 화석 연료 중 천연가스를 이용한 수증기 개질 수소 제조법이 상업적인 공정으로 채택되고 있으나 CO2 분리 처. 리 비용이 경제성 평가에 중요한 항목으로 부각 …
Source: www.koreascience.or.kr
Date Published: 11/28/2021
View: 778
개질수소 – 해시넷 위키
개질수소(改質水素, reformed hydrogen)는 천연가스(CH₄)를 역으로 전기분해하여 얻어낸 수소를 말한다. 천연가스에서 수소를 얻어내기 위한 과정에서 …
Source: wiki.hash.kr
Date Published: 3/17/2022
View: 782
[기고] 수소생산의 필요한 개질기술 소개 – 가스신문
천연가스·바이오메탄에서 수소 제조수증기 CO₂개질 등 4가지 방식 원료 따라 적용 차이도시가스배관 활용 및 바이오가스 생산처에서 수소 생산·공급 …
Source: www.gasnews.com
Date Published: 1/13/2021
View: 4205
도시가스 개질 수소충전소 기지개 편다
수소생산 방법은 크게 부생수소, 천연가스 개질, 물 전기분해(수전해) 등 세 가지가 있다. 현재 국내의 경우 석유화학단지에서 생산되는 ‘부생수소’가 …
Source: www.h2news.kr
Date Published: 12/30/2021
View: 7427
[논문]천연가스의 수증기 개질에 의한 수소 제조 기술 특허동향
There are several methods for the hydrogen production such as steam reforming of natural gas, photochemical method, biological method, electrolysis and …
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 4/4/2021
View: 8311
온실가스 더 나오는 ‘LNG 개질수소’ 특혜 손 봐야 – 인더스트리뉴스
[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 더불어민주당 양이원영 국회의원(비례대표, 산업통상자원중소벤처기업위)은 개질수소(그레이수소) 생산에 필요한 천연 …Source: www.industrynews.co.kr
Date Published: 1/8/2022
View: 4783
수소경제는 친환경?…문제는 수소 생산방식이다 – 한겨레
천연가스 개질 방식은 생산 비용이 저렴하지만 온실가스가 배출된다. 대부분의 충전소에서 사용하는 개질 수소는 천연가스의 주성분인 메탄(CH₄)을 고온의 …
Source: www.hani.co.kr
Date Published: 8/2/2021
View: 2622
주제와 관련된 이미지 천연 가스 개질
주제와 관련된 더 많은 사진을 참조하십시오 수소! 한번에 확 훑기 (한국가스공사 X 안될과학). 댓글에서 더 많은 관련 이미지를 보거나 필요한 경우 더 많은 관련 기사를 볼 수 있습니다.
주제에 대한 기사 평가 천연 가스 개질
- Author: 한국가스공사
- Views: 조회수 6,032회
- Likes: 좋아요 164개
- Date Published: 2019. 11. 29.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=4NmJaps20Bk
개질수소(改質水素, reformed hydrogen)는 천연가스(CH₄)를 역으로 전기분해하여 얻어낸 수소를 말한다. 천연가스에서 수소를 얻어내기 위한 과정에서 전기분해를 위한 엄청난 전기에너지가 소모되며, 또 이러한 에너지는 화석연료(CH₄)를 발전하여 만들어낸다. 한마디로 개질수소는 천연가스를 위한, 천연가스를 이용한 수소이다.
개질수소의 장단점 [ 편집 ]
개질수소의 경우 현재 1t을 생산하는 데 이산화탄소 약 10t이 배출되는 것으로 알려졌다. 부생수소, 개질수소 모두 온실가스인 이산화탄소 배출이 많아 ‘회색수소’로 불린다. 개질수소를 비판하는 사람들은, “천연가스에서 수소를 추출하면 발열손실 60%, 송전손실 4%가 발생해 전체 에너지의 35%만 사용된다”며 “천연가스와 전기를 그냥 쓰면 이것보다 효율이 높은데, 굳이 수소로 전환하면서 에너지 손실이 꽤 크게 발생한다”고 주장한다.
수소연료는 천연가스보다 3배의 연료 효율을 보인다. 회색수소 단계는 그린수소로 나아가기 위한 필수적 과정이라는 입장이다. 전 세계적으로 물에서 수소를 분해하는 그린수소는 현재 기술개발이 안 되어 있고 상업성이 떨어진다. 독일, 일본 등 선진국들이 그린수소 개발을 선도하는 가운데, 개질수소가 회색수소라는 이유로 손놓고 아무것도 하지 않으면 에너지 경쟁력 저하로 결국에는 더 어려운 상황에 직면할 수 있다는 반론도 있다.
개질수소의 경우 대한민국에 대형 추출기가 없다는 비판이 있지만 현재 현대로템㈜ 등 기업들이 뛰어들면서 경쟁력을 쌓고 있다. 개질수소 생산 과정에서 나오는 이산화탄소를 저장하거나, 산업에 활용하는 ‘블루수소’ 등 대안적 기술도 있다.
2021년 5월 탄소배출을 동반하는 부생수소와 개질수소 글로벌생산량은 연7000만톤, 시장규모는 1500억 달러에 이른다.[1][2]
천연가스 개질 [ 편집 ]
탄화수소의 개질 방식 비교
개질(reforming)이란 촉매 반응을 이용하여 탄화수소(메탄) 연료를 수소를 포함하는 가스로 전환하는 과정을 의미하여 이때 생산된 수소 함유 가스를 합성 가스 또는 개질가스라 부른다.
천연가스 개질에는 SMR(Steam Methane Reforming; 증기메탄개질) 기술이 2020년 현재 가장 저렴한 수소 생산 방법으로 정착되어 활용되고 있다. SMR을 통해 천연가스(CH₄)에서 H₂와 CO 또는 CO₂를 분리하게 되며, CCS를 적용할 경우, 화석연료 기반의 청정 수소(Blue Hydrogen)로 전환할 수 있다. 천연가스 개질기술에는 자열식(ATR; autothermal reforming), 수첨해(using water as an oxidant and a source of hydrogen), 산화법(partial oxidation: using oxygen in the air as the oxidant) 등이 있다. ATR은 화석에너지(천연가스 등 탄화수소)원에서 수소를 추출하기 위해 개발된 기법으로, 원료물질에 산소와 증기를 공급하여 탄화수소 일부를 산화시킨 후, 촉매 개질을 거쳐 수소(H₂)와 일산화탄소(CO)로 구성된 합성가스를 생산하고, 이후 합성가스에서 CO 및 CO₂를 분리하여 순수 수소를 생산하는 방식이다.
2018년 수소 생산에 투입된 천연가스 규모는 205bcm(세계 천연가스 소비: 6%)에 달하였으며, 수소 생산에서 개질수소의 비중은 76%에 달하였다.
미국, 유럽국가 등 세계 주요 국가의 수소 생산은 천연가스 개질(SMR·ATR 등)을 통해 이루어지고, 특히, 천연가스 공급여건이 좋은 국가들이 높은 생산 역량을 보유하고 있다.
2020년 미국은 10백만톤(MtH₂)(1차에너지 소비의 1%) 규모의 수소를 생산하며(기존 천연가스 인프라 활용), 대규모 중앙집중식 천연가스 개질(SMR) 설비를 통해 수소의 95%를 생산하고 있다.
– (생산기술) 천연가스 개질(SMR)은 가장 일반적인 수소 생산방식으로 세계적으로 경제성과 대규모 수소 생산 기반에 적합한 기술로 평가되고 있다. – (주요 활용부문) 개질수소는 석유 정제·화학 산업의 중간원료(feedstocks)로 사용되어 주로 암모니아(Ammonia) 및 메탄(Methane)으로 전환되었다.
SMR(Steam Methane Reforming; 증기메탄개질)
메탄을 개질하는 방식은 크게 수증기를 사용하는 방법, 산소를 이용하는 방법으로 크게 구분될 수 있다. 전자는 수증기개질이며 메탄을 비교적 고온(600~800℃)에서 수증기와 반응시킨다. 후자는 부분산화라고 하며 공기에서 산소를 분리 후 이를 약 400~500℃ 정도에서 메탄과 반응시킨다. 수증기개질 및 부분산화에 의해서 메탄은 수소와 일산화탄소의 혼합가스인 합성가스로 전환되며, 이 중 일산화탄소에 다시 수증기를 가해 일산화탄소를 다시 수소를 전환하는 수성전환반응이 진행돼 부가적인 수소와 약간의 이산화탄소가 생성된다. 최종적으로 생성된 가스는 분리 및 정제하여 고순도의 수소를 생산하게 된다.
현재 메탄 개질은 대부분 수증기개질 방식을 사용하게 되는데, 이는 오랫동안 화학공업에서 중요한 메탄올 및 암모니아 합성 시 필요한 기초 원료인 합성가스를 메탄 즉 천연가스 개질로부터 생산해 왔고, 이 때문에 이에 대한 공정 개발 및 개선이 오랜 동안 진행되어 왔기 때문이다.
그러나 수증기개질을 위해서는 고온의 온도가 필요하여 이는 곧 에너지 소모가 많다는 의미로 또한 처음 시작 시점부터 수소가 생산되는 시점까지 초기 가동시간이 많다는 단점이 있으므로, 이를 개선하기 위한 공정 최적화 또한 필요하다는 숙제를 안고 있다.[3]
국내 현황 [ 편집 ]
300 N㎥ h급 천연가스 개질기 운전사진
국내의 수소 생산의 대부분은 화학공정 등에서 부산물로 나오는 부생수소인데 이 부생수소는 대부분 회수하여 공정에 재사용되며, 극히 일부만이 파이프라인이나 튜브트레일러에 20㎫(200bar) 정도 압축돼 유통되고 있다. 그러나 수소는 단위 부피당 무게가 가장 가벼운 기체이기 때문에 튜브트레일러 1개의 모듈로는 약 200㎏의 수소의 저장·운송만이 가능하다.
이로 인해 부생수소가 생산되고 있는 지역(울산, 여수, 서산(대산))외에는 운송료 부담으로 인해 실제 수소판매가격이 비싸지게 된다. 이 점 때문에 수소를 필요로 하는 산업은 대부분 부생수소가 나오는 울산 등 화학단지에 위치해, 필요한 수소를 파이프라인으로 공급받아 사용한다. 그러나 이외 지역에서는 튜브트레일러를 통해서 수소를 공급받아 사용할 수밖에 없어 운송료 부담이 큰 편이다.
이런 수소사용의 문제를 해결하기 위해서 도시가스 배관이 연결된 곳 혹은 바이오가스가 생산되는 곳에 소규모의 개질기를 설치하여 현지에서 직접 수소를 생산하고, 공급하는 온사이트 수소생산 방식이 하나의 전략이 될 수 있다.
이 같은 목적을 위해서 시간당 약 100~ 300N㎥의 수소를 생산할 수 있는 개질기 설계·제작이 필요하며, 전통적인 개질기 설계와 비교해서 그 설치 공간이 제한적이므로 개질기, 수소정제장치 등을 하나로 패키지화하는 특별한 설계·제작 기술이 요구된다.
현재 현지생산형 개질기술 및 개질기는 주로 일본과 한국을 중심으로 개발돼 실증 운전 중이다. 일본의 경우 오사카가스에서 ‘Hyserve’라는 상표명으로 시간 당 30·100·300N㎥ 생산이 가능한 천연가스 개질기를 개발해 상용화 했다. 또 미쓰비시 화공기계(MKK)에서도 ‘Hygeia’라는 상표명으로 시간 당 50·100·200N㎥ 생산이 가능한 천연가스 개질기를 내놓고 있다.
국내는 서울 상암동 노을공원 주변에서 발생하는 매립지가스를 정제하여 바이오메탄을 생산 후 이를 개질해 수소를 생산·저장 후 수소차에 공급하는 상암 수소충전소가 운영 중이다. 상암 수소충전소에서 바이오메탄 개질에 사용되는 개질기는 SK energy에서 설계한 것으로 시간 당 30N㎥의 수소를 생산할 수 있다.
가스공사 가스연구원에서는 30N㎥/h의 수소생산이 가능한 개질기를 설계·제작해 인천 송도 인수기지 내에 수소 및 HCNG(수소와 천연가스를 혼합 후 압축한 가스) 충전소를 설치하여 실증운전을 수행하고 있다.
또 제이엔케이히터㈜에서는 국가 R&D과제의 지원으로 시간 당 300N㎥의 수소생산이 가능한 개질기 설계 및 제작 완료 후 한국과학기술연구원에 설치하여 실증운전을 수행한 바 있다.
또한 ‘HIIS’라는 상표명으로 시간 당 120N㎥ 의 수소 생산이 가능한 천연가스 개질기를 자체기술로 설계 및 제작 완료하여 충남 당진공장 내에서 성능시험 중이며, 이를 올해 4월까지 천연가스 개질 방식의 온사이트형 수소충전소를 구축해, 국내 최초로 상용운전 할 계획이다. 또한 240N㎥/h의 수소생산이 가능한 개질기의 설계·제작이 진행 중이며, 오는 6월에 최근 경남 창원 성주동 수소충전소에 설치하여 실증 운영할 계획이다.[3]
각주 [ 편집 ]
참고자료 [ 편집 ]
천연가스를 이용한 수소 제조 기술 현황 – https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO200510103463010.pdf
에너지 이슈 페이퍼 – http://www.keei.re.kr/keei/download/KEIB_210802.pdf
천연가스의 수증기 개질에 의한 수소 제조 기술 특허동향 – https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO200710736976806.pdf
이승환 제이엔케이히터㈜ 수소에너지사업부 차장, 〈기고 수소생산의 필요한 개질기술 소개〉, 《가스신문》, 2019-01-07
같이 보기 [ 편집 ]
[기고] 수소생산의 필요한 개질기술 소개
천연가스·바이오메탄에서 수소 제조
수증기 CO₂개질 등 4가지 방식 원료 따라 적용 차이
도시가스배관 활용 및 바이오가스 생산처에서 수소 생산·공급
현재 발전 및 수송 등 산업 전반적으로 필요로 하는 에너지원 공급을 위해서 석탄, 석유등의 탄화수소(탄소와 수소의 화학적 결합물)를 연소시키는데, 이 과정에서 막대한 양의 이산화탄소 뿐 아니라 질소산화물 및 미세먼지 등 대기오염 물질이 다량 발생하게 된다.
정부계획에 따르면 온실가스 배출을 줄이기 위해서 발생 비중이 높은 발전·수송부분에서의 석탄, 석유 등 탄화수소 사용을 지양하고 신재생에너지로의 에너지 전환을 유도하는 정책을 추진하고 있다.
특히 신재생에너지 가운데 수소는 지구상 현존하는 가장 가벼운 원소로 공기 중 산소와 반응하여 물을 생성하면서 전기와 열에너지를 생산한다. 이 때 수소를 산소와 반응 시키는 방법은 크게 열화학적인 방법과 전기화학적인 방법이 있다. 열화학적 방법은 흔히 연소라고 불린다. 이 경우 물이 생성되면서 열에너지가 발생되며 전기화학적인 방법은 흔히 연료전지라고 불리는데, 이 경우는 물이 생성되면서 전기에너지가 발생된다.
이 같이 수소는 산소와 반응하여 에너지를 생산하지만, 물만 배출하고 온실가스 및 미세먼지 배출이 전혀 없는 궁극적인 친환경적인 에너지원이다. 그러나 공기 중에는 수소의 함량이 극히 작기 때문에 다른 화합물에서 수소를 분리 및 정제하여 저장 후 사용해야 된다.
LPG 등 탄화수소 개질
탄화수소는 크게는 기체 상태인 천연가스와 액화상태인 액화석유가스(LPG) 그리고 액체인 휘발유, 경유가 있다. 더 넓게는 산소계 탄화수소인 메탄올과 에탄올, DME(Di-Methyl Ether)등도 포함될 수 있다. 이런 탄화수소는 개질(Reforming)이라는 과정을 거쳐 수소로 전환될 수 있으며, 현실적으로도 수전해 등 다른 수소 제조 방법보다도 수소를 대량으로 그리고 경제적으로 생산할 수 있는 방법이기도 하다.
이런 탄화수소 중 메탄은 탄화수소 가운데서 가장 가벼우며, 천연가스의 대부분을 이루는 성분일 뿐 아니라 쓰레기매립지, 생활하수 및 축산 폐기물 등 바이오매스 발효에 의해 생성되는 바이오가스의 약 60% 정도를 차지하는 성분이다. 이를 정제하게 되면 95% 이상의 메탄으로 구성된 바이오메탄을 얻을 수 있다. 이 메탄은 탄소 분자 1개와 수소 분자 2개가 결합된 형태를 가지며, 메탄을 개질할 경우 비교적 적은양의 이산화탄소 배출로도 수소 생산이 가능하다.
메탄을 개질하는 방식은 크게 수증기를 사용하는 방법, 산소를 이용하는 방법으로 크게 구분될 수 있다. 전자는 수증기개질이며 메탄을 비교적 고온(600~800℃)에서 수증기와 반응시킨다. 후자는 부분산화라고 하며 공기에서 산소를 분리 후 이를 약 400~500℃ 정도에서 메탄과 반응시킨다. 수증기개질 및 부분산화에 의해서 메탄은 수소와 일산화탄소의 혼합가스인 합성가스로 전환되며, 이 중 일산화탄소에 다시 수증기를 가해 일산화탄소를 다시 수소를 전환하는 수성전환반응이 진행돼 부가적인 수소와 약간의 이산화탄소가 생성된다. 최종적으로 생성된 가스는 분리 및 정제하여 고순도의 수소를 생산하게 된다.
현재 메탄 개질은 대부분 수증기개질 방식을 사용하게 되는데, 이는 오랫동안 화학공업에서 중요한 메탄올 및 암모니아 합성 시 필요한 기초 원료인 합성가스를 메탄 즉 천연가스 개질로부터 생산해 왔고, 이 때문에 이에 대한 공정 개발 및 개선이 오랜 동안 진행되어 왔기 때문이다.
▲ [그림 1] 메탄올 합성용 천연가스 개질기 설치 사진 (오만, Salalah)
그러나 수증기개질을 위해서는 고온의 온도가 필요하여 이는 곧 에너지 소모가 많다는 의미로 또한 처음 시작 시점부터 수소가 생산되는 시점까지 초기 가동시간이 많다는 단점이 있으므로, 이를 개선하기 위한 공정 최적화 또한 필요하다는 숙제를 안고 있다. [표] 탄화수소(메탄)의 개질 방식 비교
개질통한 현지 생산·공급방식 중요
앞서 언급했다시피, 탄화수소 특히 천연가스의 개질 및 개질기 설계 기술은 정유 및 화학산업에 필요한 수소를 공급하기 위한 목적으로 오랫동안 해외 엔지니어링 회사에서 공정 개발 및 최적화가 진행됐다.
그러다보니 국내의 정유사 및 정밀화학사의 경우 수소를 대량 생산하기 위한 개질기 설계·제작을 자체 기술 개발 혹은 국내 연구기관과의 협업 보다는 해외 기술을 도입하여 수행하고 있는 실정이다.
국내의 수소 생산의 대부분은 화학공정 등에서 부산물로 나오는 부생수소인데 이 부생수소는 대부분 회수하여 공정에 재사용되며, 극히 일부만이 파이프라인이나 튜브트레일러에 20㎫(200bar) 정도 압축돼 유통되고 있다. 그러나 수소는 단위 부피당 무게가 가장 가벼운 기체이기 때문에 튜브트레일러 1개의 모듈로는 약 200㎏의 수소의 저장·운송만이 가능하다.
이로 인해 부생수소가 생산되고 있는 지역(울산, 여수, 서산(대산))외에는 운송료 부담으로 인해 실제 수소판매가격이 비싸지게 된다. 이 점 때문에 수소를 필요로 하는 산업은 대부분 부생수소가 나오는 울산 등 화학단지에 위치해, 필요한 수소를 파이프라인으로 공급받아 사용한다. 그러나 이외 지역에서는 튜브트레일러를 통해서 수소를 공급받아 사용할 수밖에 없어 운송료 부담이 큰 편이다.
이런 수소사용의 문제를 해결하기 위해서 도시가스 배관이 연결된 곳 혹은 바이오가스가 생산되는 곳에 소규모의 개질기를 설치하여 현지에서 직접 수소를 생산하고, 공급하는 온사이트 수소생산 방식이 하나의 전략이 될 수 있다.
이 같은 목적을 위해서 시간당 약 100~ 300N㎥의 수소를 생산할 수 있는 개질기 설계·제작이 필요하며, 전통적인 개질기 설계와 비교해서 그 설치 공간이 제한적이므로 개질기, 수소정제장치 등을 하나로 패키지화하는 특별한 설계·제작 기술이 요구된다.
현재 현지생산형 개질기술 및 개질기는 주로 일본과 한국을 중심으로 개발돼 실증 운전 중이다. 일본의 경우 오사카가스에서 ‘Hyserve’라는 상표명으로 시간 당 30·100·300N㎥ 생산이 가능한 천연가스 개질기를 개발해 상용화 했다. 또 미쓰비시 화공기계(MKK)에서도 ‘Hygeia’라는 상표명으로 시간 당 50·100·200N㎥ 생산이 가능한 천연가스 개질기를 내놓고 있다.
▲ [그림 2] Osaka Gas Hyserve-300 사진 (일본 북오사카 수소충전소 내 설치)
국내는 서울 상암동 노을공원 주변에서 발생하는 매립지가스를 정제하여 바이오메탄을 생산 후 이를 개질해 수소를 생산·저장 후 수소차에 공급하는 상암 수소충전소가 운영 중이다. 상암 수소충전소에서 바이오메탄 개질에 사용되는 개질기는 SK energy에서 설계한 것으로 시간 당 30N㎥의 수소를 생산할 수 있다.
▲ [그림 3] 서울 상암 수소충전소 전경
가스공사 가스연구원에서는 30N㎥/h의 수소생산이 가능한 개질기를 설계·제작해 인천 송도 인수기지 내에 수소 및 HCNG(수소와 천연가스를 혼합 후 압축한 가스) 충전소를 설치하여 실증운전을 수행하고 있다.
또 제이엔케이히터㈜에서는 국가 R&D과제의 지원으로 시간 당 300N㎥의 수소생산이 가능한 개질기 설계 및 제작 완료 후 한국과학기술연구원에 설치하여 실증운전을 수행한 바 있다.
▲ [그림 4] 300 N㎥/h급 천연가스 개질기 운전사진
또한 ‘HIIS’라는 상표명으로 시간 당 120N㎥ 의 수소 생산이 가능한 천연가스 개질기를 자체기술로 설계 및 제작 완료하여 충남 당진공장 내에서 성능시험 중이며, 이를 올해 4월까지 천연가스 개질 방식의 온사이트형 수소충전소를 구축해, 국내 최초로 상용운전 할 계획이다. 또한 240N㎥/h의 수소생산이 가능한 개질기의 설계·제작이 진행 중이며, 오는 6월에 최근 경남 창원 성주동 수소충전소에 설치하여 실증 운영할 계획이다.
▲ JNK히터 천연가스 개질 수소제조장치 HIIS-250 모식도
국내 뿐만 아니라 해외에서도 환경·경제적 측면에서 수소경제 시대가 도래할 것으로 전망된다. 그러나 수소경제의 실현을 위해선 수소의 안정적인 생산 및 공급이 선행되어야 하고, 장기적으로는 탄소 없는 수소 에너지의 순환이 진행돼야 한다.
그러나 현재 탄소 없는 수소에너지의 생산은 경제성 논리에 발이 잡혀있어, 수소경제가 본격 진행되기 위한 과도기적 시점에서는 소량의 온실가스가 발생한다는 문제점을 지녔지만, 천연가스 혹은 정제 바이오가스를 개질해 수소를 생산해 사용하는 것이 현실적일 것이다.
이와 병행해 재생에너지를 활용한 수소생산 방식 등 수소에너지를 청정한 방식으로 생산하는 방안에 대한 정부의 연구·개발, 실증과정 등이 필수로 병행돼야 할 것이다.
이를 기점으로 하여 향후에 수소가 에너지원으로 보편적으로 쓰이는 수소경제시대를 보다 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
도시가스 개질 수소충전소 기지개 편다
[월간수소경제 이종수 기자] 수소경제사회의 주류 에너지가 될 ‘수소’는 ‘생산·저장·운송·공급·이용’이라는 과정을 거쳐 소비자에게 도달한다. 최종적으로 수소를 이용하기 위한 첫 단계인 ‘수소 생산’은 가장 기본적이면서 중요한 출발점이다. 수소생산 방법은 크게 부생수소, 천연가스 개질, 물 전기분해(수전해) 등 세 가지가 있다.현재 국내의 경우 석유화학단지에서 생산되는 ‘부생수소’가 주로 활용되고 있지만 부생수소 생산·공급에 한계가 많아 점차 천연가스 개질 방식이 확산될 것으로 전망된다.
2017년 한국수소산업협회 보고서에 따르면 2016년 기준 국내 수소 생산량은 연간 171만톤(울산 49%, 여수 34%, 대산 11%, 기타 6%)으로, 이 중 14%인 24만톤의 부생수소가 외부로 판매되고 있다. 부생수소는 울산과 여수 각 42%, 대산 14%, 기타 2% 순으로 생산된다.
박진남 경일대학교 신재생에너지학부 교수에 따르면 국내에서 수소전기차 충전용 및 연료전지발전용으로 공급이 가능한 부생수소는 연간 5~10만톤으로 추산되며, 이 중 울산 지역 부생수소는 최대 2만2,000톤 정도다.
수소전기차 1대의 연간 수소 소비량이 200kg(연간 주행 거리 1만5,000km, 연비 75km/kg) 정도임을 감안할 때 수소전기차 10만대가 운행하려면 수소 2만톤이 필요하다. 앞으로 수년 간 수소차 충전용으로 부생수소가 부족하지 않을 만큼 풍부하다는 얘기다.
또 수소를 손쉽게 구할 수 있는 방법이 부생수소라는 점에서 현재 운영 중이거나 구축 중인 수소충전소는 대부분 부생수소를 사용한다. 튜브트레일러를 이용해 부생수소를 수소충전소에 공급하는 방식(off-site)이다.
부생수소, 수소차·연료전지용 커버 ‘한계’
하지만 부생수소를 수소차 및 연료전지발전용으로 활용하는 데는 한계가 많다. 정유공장 및 나프타분해 공장 등에서 다량의 수소가 생산되지만 이는 자체적으로 모두 소비되고 부족분은 외부에서 구매할 만큼 기존 산업에서의 수소 활용도 역시 높기 때문이다. 수소차 및 연료전지발전용으로 무한정 부생수소를 끌어다 쓸 수 있는 환경이 아닌 셈이다. 현재로서는 수소차용 및 연료전지발전용으로 공급이 가능한 부생수소가 연간 5~10만톤 정도로 추정될 뿐이다.
특히 부생수소를 사용하는 연료전지발전소의 경우 1MW 발전 시 연간 550톤(700Nm³/h) 정도의 수소가 필요하다. 대산그린에너지(한화에너지, 두산, 동서발전, SK증권)가 2019년 완공을 목표로 건설 중인 50MW급 부생수소 연료전지발전소(대산산업단지 내)에는 단순 계산으로 연간 2만7,500톤 정도의 부생수소가 필요하다. 이 같은 양은 수소차 10만대가 운행할 수 있는 양(수소 2만톤)을 넘는 수치다. 수소충전소의 경우 수소 운송비용 등의 문제로 부생수소 공급이 곤란한 지역도 있다.
이처럼 중·장기적으로 봤을 때 부생수소가 국내 수소충전소 및 연료전지발전소용을 모두 커버하기에는 한계가 많다는 것이 전문가들의 견해다.
지난 2015년 12월 정부가 관계부처 합동으로 발표한 ‘제3차 환경친화적자동차 개발 및 보급 기본계획’에서도 석유화학단지 200km 이내 지역은 ‘부생수소’, 부생수소 미 생산지역(CNG충전소 설치지역)은 ‘도시가스(CNG) 수소 개질’, 재생에너지 생산지역은 ‘수전해’ 방식으로 수소충전소에서 사용될 수소공급이 경제성이 높다고 언급된 바 있다.
궁극의 친환경 수소생산 방식인 재생에너지 이용 수전해는 현재로선 비용이 많이 들고 고도의 기술개발과 실증이 필요해 수전해가 활성화 되기 전까지는 천연가스 수소 개질이 가장 현실적인 방식으로 평가된다. 천연가스 수소 개질이 수전해로 가기 위한 징검다리(가교) 역할을 하는 셈이다.
천연가스 개질 수소생산 ‘대세’
천연가스, LPG, 석탄, 석유 등 다양한 에너지원에서 수소를 생산할 수 있지만 현재 가장 경제적이고 현실적인 생산 방식으로는 천연가스 수소 개질 방식이 꼽힌다. 전 세계적으로도 천연가스 개질이 48%로 압도적으로 많고, 그 다음으로 부생수소 30%, 수전해 18%, 석탄 개질 4% 순이다.
국내의 천연가스 개질 수소생산 여건은 최상이다. 전국에 천연가스 배관망(2017년 12월 기준 총 4,790km)과 400여 개소의 공급관리소가 설치돼 있고, 현재 운영 중인 CNG충전소도 200여 개소에 이르기 때문이다. 현재 국내에서 천연가스 개질 방식의 연료전지발전소가 증가하는 추세이지만 수소충전소는 이제 막 도입 단계다.
박진남 경일대학교 교수는 “수소 운송비용 등의 문제로 부생수소 공급이 곤란한 지역에는 천연가스 개질 또는 수전해와 같은 온-사이트(on-site) 수소충전소 보급이 필요하다”고 밝혔다.
기술적으로 천연가스 개질반응에는 수증기 개질 반응(SMR), 부분산화 개질반응(POM), 자열 개질반응(ATR), CO2 개질반응(DRM)이 있다. 이 중 수소 생산량이 많은 수증기 개질 반응(CH4 + 2H2O ↔ 4H2 + CO2)이 가장 널리 사용되고 있으며, 수성가스 전환반응(흡열반응)은 평형반응으로 CO의 완전제거는 불가능하다. 국내 수소충전소용 개질기술은 모두 수증기 개질반응을 적용하고 있다. 수소충전소와 같이 대용량의 수소 정제를 위해서는 압력순환흡착(PSA) 공정이 적합하다.
가정용 연료전지와 같이 수소 생산량이 소량일 경우에는 선택적 산화반응(PROX 공정)을 사용한다. 이는 수소와 일산화탄소가 공존하는 조건에서 산소 또는 공기를 선택적으로 일산화탄소와 반응시켜 미량의 일산화탄소를 제거하는 공정(CO 농도 10ppm 이하 저감 가능)이다.
천연가스 개질 기술개발 현황
이미 국내에서는 오래 전부터 천연가스 개질 수소충전소 운영이 시도됐다. 지난 2006년 한국에너지기술연구원이 대전(유성)에 NG, 2007년엔 GS칼텍스가 서울(신촌)에 납사·NG, SK에너지(2007년)가 대전(유성)에 LPG·NG 개질 수소충전소를 각각 구축했지만 아쉽게도 모두 폐기된 상태다. 다만 한국가스공사가 2007년 인천 송도에 구축한 NG개질 수소충전소(65kg/일)가 유일하게 지금까지 운영되고 있다. 이는 천연가스(도시가스) 개질 수소충전소의 가능성을 열어두고 있다는 점에서 고무적인 일이다.
도시가스 개질 수소충전소에는 핵심설비 중 하나로 수소제조장치(수소개질기)가 설치된다. 국내에서는 한국가스공사, SK에너지, 한국에너지기술연구원, 한국전력연구원, 제이엔케이히터가 수소개질기술을 확보한 상태다.
가스공사, SK에너지, 에너지기술연구원의 수소개질기는 20~30Nm³/h급 소용량으로 하루 10~20대 차량(수소승용차)을 충전할 수 있는 규모다. 한국전력연구원의 수소개질기는 100Nm³/h급으로 중형급에 속하지만 수소충전소용이 아닌 연료전지(MCFC)용 외부개질기로 개발됐다. 민간기업인 제이엔케이히터는 지난해 에너지기술평가원 과제로 유일하게 300Nm³/h 중형급을 개발했다.
수소충전소 전문기업 소나무는 일본 오사카가스의 수소제조장치 ‘HYSERVE’를 국내에 들여와 상용화를 추진할 계획이다. 이미 일본은 도시에 설치된 기존 CNG·LPG 충전소를 활용한 수소복합충전소 설치가 진행돼 왔다. 이러한 충전소에 적용되는 수소제조장치로는 오사카가스의 ‘HYSERVE’가 대표적이다. 30Nm³/h, 100Nm³/h, 300Nm³/h급 세 가지 모델이 있으며, 수증기 개질반응 방식으로 작동된다.
도시가스 개질 수소충전소 늘어날 듯
이러한 개질기술 개발과 함께 이제는 안정적인 천연가스 개질 수소충전소 보급을 위한 실증 및 상용화 작업이 본격화 할 전망이다.
산업통상자원부가 지난달 5일 확정·공고한 ‘제13차 장기천연가스수급계획’에는 수소 공급 인프라 구축 분야에서 2019년까지 ‘천연가스 기반 수소제조·공급 실증센터’를 구축해 수소전기차 등에 대한 안정적인 수소공급 체계를 실증한다는 내용이 담겨 있다. 이를 통해 수소충전소 최적운영방안을 마련하고 수소개질기술을 실증하겠다는 계획이다.
창원시가 지난해 10월 착수해 2020년 12월까지 3년간 추진하는 ‘수소에너지 순환시스템(HECS) 실증사업’에서도 천연가스 개질 수소충전소 실증이 진행된다. 1단계로 올해 9월 CNG+수소 복합충전소를 준공하고, 2단계로 내년 10월까지 CNG 수소개질플랜트 설치 완료 후 실증 운전에 들어갈 예정이다. 이와 함께 3단계로 내년 10월까지 이산화탄소 재처리시스템 설치 완료 후 CNG 개질 과정에서 나오는 이산화탄소 재처리에 대한 실증에 나설 계획이다.
CNG 수소개질 실증에는 제이엔케이히터가 참여한다. 이 회사는 지난해 하반기 에기평과 ‘수소충전소용 대용량(500kg/day) 수소제조장치 개발’ 과제 협약을 체결하고 이를 통해 개발한 대용량 수소제조장치를 실증 사업에 적용할 예정이다. 하루 100대 이상의 차량(수소승용차)에 수소를 충전할 수 있는 용량이다. 또한 이번 과제에서 퓨리텍은 제이엔케이히터와 함께 500kg/day급 수소정제장치(PSA)의 설계 및 기술 개발에 나선다.
도시가스 개질 수소충전소는 충전소 현지에서 수소를 생산·저장·공급할 수 있는 최적화 된 온-사이트 충전소로 각광받을 것으로 보인다. 일단 기존 CNG충전소 부지를 활용한 수소 복합충전소 설치가 활발해질 것으로 예상되기 때문이다. CNG+수소 복합충전소는 충전소 구축비용을 절감하면서도 단기간에 구축할 수 있는 장점으로 인해 최근 급부상하고 있다. 오는 11월 공식 출범할 예정인 ‘수소충전소 설치·운영 특수목적법인(SPC)’도 CNG·LPG+수소 복합충전소 설치를 활성화 할 계획이다.
업계의 한 관계자는 “도시가스 개질 충전소는 풍부한 도시가스 배관 인프라로 인해 기존 CNG 충전소 및 도심 인근지역에 설치할 수 있는 게 최대 장점”이라고 밝혔다.
또 다른 관계자는 “수소의 판매가격을 고려할 때 도시가스 개질 같은 현지 수소생산 방식(온-사이트)의 수소충전소가 튜브트레일러를 이용해 장거리에서 수소를 공급하는 중앙공급방식(오프-사이트)의 수소충전소보다 원가 측면에서 훨씬 저렴하게 수소를 공급할 수 있는 장점이 있다”고 밝혔다.
실제로 지난 3월 27일 광주그린카진흥원이 준공식을 가진 동곡 수소복합충전소(국내 1호 CNG+수소 복합충전소)는 튜브트레일러 수소공급 방식으로 출발했지만 향후 충전 수요가 늘어나면 CNG 개질 방식으로 변경될 예정이다. 해양도시가스가 운영하는 광산 CNG충전소 부지에 세워진 이 수소충전소 옆에 CNG 개질기를 설치하게 된다. CNG 개질기는 제이엔케이히터가 공급한다.
자동차부품연구원도 정부 과제인 ‘수소차·전기차 융합 스테이션 국산화 기술개발 및 실증’을 위해 광주 진곡산업단지 내에 구축하는 수소융합스테이션에 천연가스 개질 수소제조장치도 설치해 실증을 실시할 예정이다. 이번 실증에도 제이엔케이히터가 한국가스공사와 공동으로 참여한다.
특히 올해 5월부터 울산 정규노선에서 시범운행하는 수소전기버스가 실증을 마치고 본격 상용화 되면 CNG 개질 충전소 수요가 더욱 증가할 전망이다. 도시가스 개질 방식은 수소 생산량이 100~300Nm³/h 이상인 중·대형급 수소충전소에서 그 활용도가 큰 것으로 분석되기 때문이다.
수소버스는 수소승용차보다 주행거리가 길어 대량의 수소를 소비한다. 수소버스 8대가 보급되면 수소충전소의 가동률(250kg/일)이 100%(10시간 운영 기준) 가까이 상승해 수소승용차 대비 50배 이상의 수소연료 소비 촉진 효과가 있는 것으로 분석된다. 충전소 당 수소버스 8대 충전 시 수소승용차 455대를 충전하는 규모와 같은 셈이다.
전국에 천연가스 배관망과 400여 곳의 공급관리소를 운영하고 있는 한국가스공사가 가스배관과 연결된 공급관리소를 수소충전소 부지로 활용하는 방안을 검토 중인 점도 긍정적이다.
정승일 한국가스공사 사장이 지난달 25일 개최된 ‘수소충전소 설치·운영 특수목적법인(SPC)’ 설립을 위한 업무협약식에 참석한 후 기자 간담회에서 직접 밝힌 내용이어서 더욱 주목된다. 천연가스 개질 방식의 수소충전소 설치 확대가 기대되는 대목이다. 특히 한국가스공사가 수소충전소 특수목적법인 설립에 참여키로 한 점은 그 가능성을 더욱 밝게 하고 있다.
수소충전소에 개질장치와 수전해장치 설치 시 추가비용에 대한 보조가 필요하다는 지적도 제기된다. 이와 함께 도시가스사의 활약을 기대하는 시각도 있다.
업계의 관계자는 “CNG충전소를 운영하고 있는 도시가스사들이 수소경제사회 구축의 한 일원으로 참여해 도시가스 판매 확대 차원에서라도 도시가스 개질 수소충전소 구축에 대한 관심과 선제적인 투자가 필요하다”고 밝혔다.
한편 도시가스 개질 수소생산은 수소와 동시에 이산화탄소가 발생하기 때문에 궁극적인 수소 생산 방법이 될 수 없다는 수소에너지 부정론자들의 주장에 직면한다. 재생에너지를 이용해 물을 전기분해 하는 방식과 같이 친환경적인 천연가스 개질 기술개발이 활발하게 이뤄져야 할 것으로 보인다.
[논문]천연가스의 수증기 개질에 의한 수소 제조 기술 특허동향
소형 개질 공정 부분의 대부분 기술이 2001년~2003년에 특허출원이 가장 활발한 이유는?
연료전지에 필요한 수소 공급 장치로서 소형 개질 공정이 정지형 연료전지 연계용, 자동차 탑재용, 정지형 현장 생산용으로 개발되고 있기 때문 또, 대부분의 기술들은 2001년～2003년에 특허출원이 가장 활발함을 보이고 있다. 이는 연료전지에 필요한 수소 공급 장치로서 소형 개질 공정이 정지형 연료전지 연계용, 자동차 탑재용, 정지형 현장 생산용으로 개발되고 있기 때문이다. 소형 개질 공정 부분은 기존 중대형 개질 공정의 시스템을 사용 규모와 목적에 따라 특화하여 연료전지와 연계할 수 있도록 하는 내용을 다루고 있으며 적용할 연료전지 시스템의 특성에 적합해야 한다.
온실가스 더 나오는 ‘LNG 개질수소’ 특혜 손 봐야
양이원영 의원, “청정수소 기술선도하고 기후위기 극복해야”
[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 더불어민주당 양이원영 국회의원(비례대표, 산업통상자원중소벤처기업위)은 개질수소(그레이수소) 생산에 필요한 천연가스를 별도 요금제로 특혜 제공하는 것에 대한 재검토 근거를 마련하는 ‘수소경제 육성 및 수소안전관리에 관한 법률 일부개정법률안(이하 수소법 개정안)을 1월 24일 대표발의했다고 밝혔다. 강민정, 김승원, 김용민, 김정호, 김홍걸, 윤영덕, 이성만, 이수진(지), 진성준, 최강욱 의원까지 11명의 국회의원이 발의에 참여했다.양이원영 의원은 “청정수소를 기반으로 한 수소경제를 구축해 기술을 선도하고 기후위기를 극복해야 한다”며 법의 필요성을 강조했다. [사진=utoimage]
수소경제 추진이 본격화됨에 따라 발전, 수송 등 다양한 분야에서 수소의 활용방안에 대한 사회적 논의가 이루어지고 있다. 우리나라에서 발전용 연료전지 등의 연료 대부분은 천연가스를 고온·고압의 수증기와 반응시켜 발생하는 개질수소(그레이수소)를 사용하고 있다. 그러나 개질수소는 기존 가스발전보다 온실가스 배출이 더 많이 발생하고 있어 수소경제의 청정성과 친환경성에 대한 논란이 끊이지 않는다.
지난해 국정감사에서 양이원영 의원은 개질수소를 사용하는 연료전지 발전이 천연가스를 연료로 이용하는 LNG발전에 비해 1.4배 많은 온실가스를 배출하고 있다고 지적한 바 있다.
개정안은 현행법에 명시된 가스도매사업자가 연료전지발전사업자에게 천연가스를 공급할 경우 적용하는 별도 요금제를 5년 내의 범위에서 수소경제위원회의 심의를 통해 개선 또는 폐지하도록 하는 내용을 담고 있다.
이에 양이원영 의원은 “수소 기술 확보 등의 노력은 필요하나, 이것의 목적이 탄소중립과 기후위기 대응이라는 점을 놓쳐서는 절대 안 된다”며, “장기적으로 개질수소(그레이수소)를 퇴출시키고, 청정수소를 기반으로 한 수소경제를 구축해 기술을 선도하고 기후위기를 극복해야 한다”며 법의 필요성을 강조했다.
저작권자 © 인더스트리뉴스 무단전재 및 재배포 금지
수소경제는 친환경?…문제는 수소 생산방식이다
‘탄소중립’ 정책의 핵심으로 떠오른 수소
독립 형태의 수소 생산 위해 에너지 필요
국내 ‘재생에너지 보급’ 제한적 상황에서
‘화석연료 기반’ 수소경제 추진에 우려
재생에너지 기반 ‘그린수소’ 방식 말고는
수소 생산 과정에서 ‘CO₂ 발생’ 불가피
일부에선 “기존 수소 전략 재검토” 주장
범사회적 기구 ‘탈석탄위원회’ 설립해
재생에너지 기반 ‘그린수소’ 힘쏟는
독일의 탄소중립 정책 참고할만해
“2050년 탄소중립 목표 달성 위해선
정부·기업·국민 등 각계 참여 유도 필요”
산업화 이후 대기 중 이산화탄소 농도는 40% 이상 높아졌다. 세계 각국에서 지구온난화를 막으려는 노력이 이어지는 가운데 대체에너지와 함께 수소에너지가 탈탄소 사회로 가는 핵심 에너지원으로 떠오르고 있다. 언스플래시
국제사회는 2015년 채택한 파리기후변화협정을 통해 기후위기 대응에 큰 걸음을 내디뎠다. 그러나 탈탄소 사회로 가는 길은 멀고도 험하다. 난방이나 차량, 전기 사용 등 에너지 절감을 통해 탄소 배출량을 줄이려는 노력이 일상에서 일어나지만, 이것만으로는 턱없이 부족하다. 우리가 사용하는 전기의 70~80%를 여전히 석유와 석탄 같은 화석연료에서 얻고 있기 때문이다.
세계가 주목하는 에너지 전환의 방안은 크게 두 가지다. 태양광, 풍력 등 자연의 힘을 이용해 전기를 생산하는 재생에너지와 수소에 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는 수소에너지를 활용하는 것이다. 정부는 지난해 12월 에너지 전환 가속화와 고탄소 산업구조 혁신 등의 내용을 담은 ‘2050년 탄소중립 추진전략’을 발표한 바 있다. 여기서 정부는 탄소중립의 핵심으로 ‘수소에너지원’을 꼽고 저렴하고 안정적인 공급체계를 구축하겠다고 밝혔다. 재생에너지 보급 확대와 함께 수소생태계 구축이 탄소중립 사회로 가는 목표임을 분명히 한 셈이다.
수소는 우주 질량의 75%를 차지할 정도로 가장 흔한 원소이다. 지구 표면의 70%를 덮고 있는 물에도 수소가 들어 있다. 액체나 고압 기체로 저장이 가능하고, 운송이 쉽다는 이점도 있다. 화석연료와 달리 고갈될 우려나 지역 편중이 없고 자연환경 조건에 따라 전기 생산량이 달라지는 재생에너지의 단점을 보완해줄 수 있는 것도 수소의 장점이다. 전문가들은 수소생태계 구축을 위한 과제로 크게 두 가지를 든다. 수소 생산 과정에 온실가스 발생이 없어야 하고 경제성도 갖춰야 한다는 것이다.
수소경제 글로벌 시이오(CEO) 협의체인 ‘수소위원회’는 2050년이면 세계 수소 소비량이 5억4600만t에 이를 것으로 추산한다. 이는 132억6천만배럴의 석유를 대체하는 규모로, 전세계 에너지 수요의 20%에 육박한다. 수급 예측의 정확성을 떠나 지금 추세로는 수소에너지 비중이 계속 커질 것임은 분명하다.
수소는 지구상에 존재하는 가장 가벼운 원소다. 문제는 순수한 상태로 존재하는 경우가 거의 없다는 점이다. 공기 중 기체 상태의 수소 비중은 0.00005%밖에 안 된다. 독립 형태의 수소를 얻기 위해서는 수소화합물에 에너지를 가해 분리하는 과정이 필요하다. 우주의 수소를 가져다 쓸 방법이 마땅찮고 지구상에서 수소는 많은 비용과 노력을 투입해야만 생산할 수 있는 것이다. 생산 과정에서 추가적인 환경 문제를 일으킬 수 있어 ‘무공해·무진장 궁극의 에너지’란 표현은 과도하다는 지적도 제기된다.
현재 대부분의 수소는 탄소와 수소로 구성된 천연가스에서 수소를 추출하는 천연가스 ‘개질(Reforming) 방식’으로 생산된다. 세계 최대 수소 생산국인 중국이 이 방식으로 수소를 생산하고 있다. 천연가스 개질 방식은 생산 비용이 저렴하지만 온실가스가 배출된다. 대부분의 충전소에서 사용하는 개질 수소는 천연가스의 주성분인 메탄(CH₄)을 고온의 수증기와 반응시켜 뽑아낸다. 이 공정에선 이산화탄소(CO₂)가 부산물로 생긴다. 결국 개질 수소를 생산하려면 온실가스 배출은 불가피하다.
수소 산업에서 자주 거론되는 ‘부생 수소’는 석유화학 공정이나 철강 등을 만드는 과정에서 부수적으로 나오는 수소다. 부산물을 활용한다는 점에서 생산량에 한계가 있으나, 수소 생산을 위한 추가 설비나 투자 비용 등이 적어 경제성이 높다는 장점이 있다. 부생 수소도 열분해 과정에서 적지 않은 양의 온실가스가 배출된다. 이덕환 서강대 명예교수(화학)는 “저탄소·탈탄소의 대안이라는 수소에 대한 열기가 지나칠 정도로 뜨거운데, 수소 생산 기술을 고려할 때 수소의 친환경성은 보장된 것이 아니다”라고 말한다.
‘수소경제’에 강력한 드라이브를 걸고 있는 정부 정책이 과연 친환경적이고 경제적으로 타당한 전략인지 논란이 일고 있는 것도 같은 맥락이다. 재생에너지 보급이 제한적인 상황에서 화석연료 기반의 수소경제 인프라를 대폭 확충하는 것이 올바른 방향이냐는 것이다.
비영리법인 기후솔루션의 박지혜 변호사는 “우리나라가 주력하고 있는 액화천연가스(LNG)를 개질한 수소 기반의 연료전지는 발전단가가 높을 뿐만 아니라, 엘엔지 발전보다도 온실가스를 더 많이 배출하기 때문에 세계적으로 선호되지 않는 기술”이라고 지적했다. 박 변호사는 “탄소중립 전략 수립을 계기로 기존의 수소 전략을 재검토해야 한다”고 했다.
한마디로 수소는 친환경적이지만 생산 과정은 되짚어볼 필요가 있다는 얘기다. 예컨대 수소차의 경우 수소탱크에 저장된 수소를 공기 중의 산소와 반응시켜 전기를 만들고 이 전기로 엔진 격에 해당하는 모터를 구동한다. 이 과정에서 수소차는 물만 배출할 뿐 유해가스는 나오지 않는다. 따라서 수소차 자체는 친환경차라고 말할 수 있지만 수소차에 연료로 쓰이는 수소를 생산하는 과정에서 발생하는 온실가스를 어떻게 할 것인가의 문제는 남는다.
미국 친환경 스타트업인 헬리오겐이 캘리포니아에서 인공지능(AI)을 이용해 만든 태양광발전 시스템. 헬리오겐은 여기서 나오는 1000℃ 이상의 고온으로 물에서 수소를 분리하는 기술을 개발 중이다. 헬리오겐
세계 주요 국가들이 생산 과정에서 온실가스 배출이 없는 ‘그린수소’ 생산에 주목하고 있는 것은 이 때문이다. 가장 대표적인 것은 재생에너지를 활용한 수전해 생산 방식이다. 태양광, 풍력 등으로 생산한 전력으로 물을 전기분해해 수소를 생산하는데, 오스트레일리아와 독일, 프랑스 등이 도입했다. 특히 오스트레일리아는 대륙 서쪽에 거대하게 펼쳐진 필바라 사막에 태양광 패널을 설치하고 여기서 생산된 전기에너지를 활용하는 수전해 수소 생산 설비를 대규모로 건설 중이다.
미국은 플라스틱, 폐휴지 등의 자원을 재활용해 수소를 생산하는 시설을 세계 최대 규모로 구축하고 있다. 재활용 종이와 플라스틱을 고온으로 가열한 뒤 얻은 바이오가스에서 수소를 추출하는 방식이다. 바이오매스를 원료로 수소를 생산할 경우 생산 비용이 저렴하고 온실가스 배출량도 적다는 장점이 있다. 또 폐기물을 활용하기 때문에 쓰레기 매립으로 발생할 수 있는 환경오염을 줄일 수 있다.
한국처럼 수십년 동안 석탄과 원자력에 의존해온 독일의 움직임은 적잖은 시사점을 준다. 독일은 2011년 일본 후쿠시마 원전 사고 직후 2022년까지 자국 내 가동 중인 핵발전소의 폐기를 결정했고, 2019년에는 2038년까지 모든 석탄발전소 운영을 중단하기로 했다. 독일 에너지 전환의 제도적 기반을 제공한 것은 20년 전에 도입된 재생에너지법과 2018년 출범한 탈석탄위원회였다.
탈석탄위는 정치권과 환경단체뿐만 아니라 석탄산업 종사자, 소비자단체까지 포함된 범사회적 기구다. 독일은 최근 온실가스 감축 목표 달성에 방점을 두고 그린수소 전략을 내놨다. 지난 1월 국회 토론회 참석차 방한한 울리히 벤터부슈 독일 연방경제기술부 부국장은 “효과적인 수소전략 추진을 위해 수소의 생산과 운송부터 어떤 분야에 수소를 활용할 것인지까지 고려하면서 다양한 인프라를 통합하는 조치가 이뤄져야 한다”고 말했다.
중장기적으로 국내 온실가스 배출량은 점차 감소할 것으로 전망되지만, 지금의 에너지 체계와 산업구조를 고려할 때 수소경제에 올인한다고 해서 탄소중립을 실현하기는 쉽지 않은 일이다. 현대경제연구원은 최근 ‘탄소중립시대 국제질서 변화와 대응’ 보고서에서, 국내 산업구조는 온실가스 배출량이 많은 제조업에 대한 의존도가 높고 석탄발전 비중도 높은 상황이라고 지적했다.
기후위기 대응을 위해서는 하루빨리 탈석탄으로 나아가는 것이 시급하지만, 한편에선 석탄발전소를 계속 짓고 있는 것이 국내 현실이기도 하다. 정민 현대경제연구원 연구위원은 “한국은 주요 선진국 G7 대비 탄소중립을 위한 정책적 환경은 높게 평가되나 탄소배출과 산업구조는 상대적으로 불리한 여건에 놓여 있다”며 “탄소중립 목표 달성을 위해 정부, 기업, 국민 등 각계의 참여를 유도하고 이를 뒷받침할 수 있는 구체적인 방안이 필요하다”고 제안했다.
홍대선 한겨레경제사회연구원 어젠다센터장 [email protected]
수소는 생산 방식에 따라 그린, 그레이, 브라운, 블루 수소 등 4가지로 구분된다. 색깔로 수소를 분류해온 유럽연합(EU)은 2016년부터 ‘수소 원산지 보증제도’를 통해 수소의 친환경성을 인증하고 있다. 수소도 다 같은 수소가 아닌 셈이다.
누리프 벤처스
태양광·풍력 등 재생에너지에서 나오는 전기로 물을 전기분해(수전해)해 생산한다. 생산 과정에 이산화탄소를 전혀 배출하지 않아 이상적인 수소에너지로 분류되나, 생산 단가가 높아 상용화까지 시간이 걸릴 전망이다.
천연가스를 고온·고압 수증기와 반응시켜 물에 함유된 수소를 추출하는 개질 방식이다. 석유화학이나 철강 공정 등에서 부산물로 발생하는 부생수소도 여기에 포함된다. 수소 생산을 위한 추가 설비 등이 없어 경제성이 높다.
그레이 수소를 만드는 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집·저장해 탄소배출을 줄인 수소를 말한다. 그린 수소에 비해 환경친화성은 떨어지나 경제성이 뛰어난 게 장점이다.
석탄이나 갈탄을 고온·고압에서 가스화해 수소를 추출하는 방식이다. 수소 생산 과정에서 이산화탄소가 가장 많이 발생해 탄소중립을 위한 친환경 에너지로서 의미는 없다.
키워드에 대한 정보 천연 가스 개질
다음은 Bing에서 천연 가스 개질 주제에 대한 검색 결과입니다. 필요한 경우 더 읽을 수 있습니다.
이 기사는 인터넷의 다양한 출처에서 편집되었습니다. 이 기사가 유용했기를 바랍니다. 이 기사가 유용하다고 생각되면 공유하십시오. 매우 감사합니다!
사람들이 주제에 대해 자주 검색하는 키워드 수소! 한번에 확 훑기 (한국가스공사 X 안될과학)
- 수소
- 수소에너지
- 탄소중립
- 수소사회
- 수소경제
- 에너지
- 천연가스
- 한국가스공사
- h2
수소! #한번에 #확 #훑기 #(한국가스공사 #X #안될과학)
YouTube에서 천연 가스 개질 주제의 다른 동영상 보기
주제에 대한 기사를 시청해 주셔서 감사합니다 수소! 한번에 확 훑기 (한국가스공사 X 안될과학) | 천연 가스 개질, 이 기사가 유용하다고 생각되면 공유하십시오, 매우 감사합니다.