수소생산과 수소운송 시스템

 다만, 우리는 풍력발전 비용을 과연 수소생산 비용에 포함시켜야 할 것인가에 대한 판단이 필요하다고 생각한다. 풍력발전으로 수소를 만들기 위한 목적 설비라기 보다는 잉여 전력을 활용한다고 할 경우 풍력발전 비용이 수소 생산비용으로 포함될 필요는 없다. 태양광 역시 마찬가지이다. Mackenzie의 전망은 풍력 설비가 수소생산을 위한 목적 설비로 활용된다는 가정을 바탕으로 하였다. 또한, 잉여전력으로 열까지 생산한다면 통합적인 에너지 원가는 더욱 크게 하락한다고 볼 수 있다.

 

 대규모 인프라 투자가 필요한 미드스트림 분야

수소 생산도 중요하지만, 향후 가장 중요한 Bottleneck은 수송/저장 부분이 될 전망이다. 시간과 규모의 경제 확보가 필요한 인프라의 영역이기 때문이다. 특히, 우리나라와 같이 재생에너지 잠재력이 높지 않은 국가는 향후 해외 수소 수입 역시 중요한 이슈가 될 전망이다. 수소경제 활성화 로드맵에서는 2040년 국내 충전소 기준 수소 가격을 3,000원까지 하락시키는 것을 목표로 하고 있다. 평균 운송/저장비는 500원/kg 수준으로 전체 원가에서 운송비가 차지하는 비중은 2030년 12.5%, 2040년 16.7%로 상승할 것으로 전망하고 있다. 생산비용 하락은 이어질 전망이나, 운송비 하락에는 한계가 있을 것을 보는 것이다. Mackenzie는 2030년까지 운송비가 $2.1kg ~ $2.3/kg 수준이 될 것으로 전망하고 있다.

 

 수소 수송은 기체운송과 액체 운송으로 나눌 수 있으며 다양한 방식이 시험 중

수소 운송은 크게 기체 운송과 액체 운송으로 나눌 수 있으며, 액체 운송은 다시 액화와 액상 운송으로 나누어진다. 기체 운송은 튜브 트레일러로 운송하는 방법과 배관을 통해 운송하는 방법으로 나누어진다.

 현재는 대규모 수소가 필요하지 않아 근거리 저압 배관 방식과 중장거리의 경우 튜브 트레일러로 기체 수소를 운송하는 방법이 주가 되고 있다. 다만, 장기적으로 수소 수송량이 대규모로 증가할 경우 장거리 수송에 있어 파이프라인이 가장 경제성 있는 대안이 될 것이다. 다만, 배관 공급 압력을 100 bar 이상으로 증가시키면서 수명을 높이기 위한 기술개발이 필요할 것이며 기존 인프라 활용이 관전이 될 전망이다.

 

 액체 수소 수송 방식 중에서 액화 방식은 수소를 대기압 기준 영하 253℃까지 냉각하여 액체 상태로 탱크로리를 통해 운송하는 방식이다. 이미 해외에서는 1@bar 압력 이하로 대량 운송이 가능하다는 장점과 고압 관련 규제회피가 가능하며 대도시 내 수소공급에 적합한 방식으로 알려져 있지만 액화 시 많은 전력이 소비된다는 점이 단점이다.

 이러한 단점을 극복한 방법이 액상 화합물 형태로 수소를 운송하는 방법이다. 아직 상업화 전이지만, 상온/상압과 유사한 온도 및 압력 조건에서 유무기 화학물을 이용하여 액상 형태로 저장된 수소를 운송하는 기술이다. 수소저장 소재가 액상 유기 화학물인 경우 통상 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)라고 불린다. 대표적인 LOHC의 예가 일본에서 추진 중인 Toluence-MCH(Methycyclohexane) 사이클을 이용한 방법이다. 일본은 2020년까지 기술개발 완료를 목표로 하고 있다. 독일 또한 Dibenzyltoluene 기반의 열매체유를 이용하여 수소를 저장하고 재방출하는 기술을 확보한 상태이다.

 또 다른 방법은 암모니아(NH3)를 이용하는 방법이다. 암모니아는 상온/상압과 유사한 온도 및 압력 조건에서 액상 암모니아를 운송하고 저장하여 필요시 암모니아를 분해하여 수소를 생산할 수 있다. 암모니아는 부피 대비 수소저장용량이 액화 수소의 저장밀도 대비 2배 높은 수치이며, 끊는 점이 약 -33℃로 액화에 필요한 에너지가 낮고, LPG와 유사한 상변화 특성이 있어 현재의 암모니아 저장 및 이송 인프라를 사용할 수 있어 잠재적으로 경제성을 확보할 수 있는 장점을 가지고 있다. 즉히 수소를 공기 중의 질소와 반응시켜 암모니아를 생산하는 공정은 이미 상업화된 하버-보쉬 공정이 있고, 암모니아 분해를 통해 수소를 생산하는 공정에 대한 기술 개발이 진행되고 있다. 국내에서는 KIST와 원익 머티리얼수가 기초연구로 암모니아 개질 및 연계 통합 시스템에 대한 1kW급 실증을 2017년에 완료한 바 있다. 이러한 기초연구를 바탕으로 2021년까지 CES엔지니어링-현대차-젠스엔지니어링-한국 에너지기술연구원-한국 과학기술연구원 등이 공동으로 20 Nm3/hmq 암모니아 개질 수소제조 시스템 개발을 진행하고 있다.