그린에너지수소 포럼-수소로 바라보는 에너지 사회의 미래

수소로 바라보는 에너지 사회의 미래

 지난 7월 21일 울산MBC컨벤센터에서 수소산업협회 주관으로 ‘그린 수소에너지 포럼’이 개최되었고, 현재 우리나라의 수소기술 현황과 앞으로의 에너지 미래에 있어서 수소의 역할에 대한 내용으로 포럼이 진행되었다.

[사진 1. 그린수소에너지 포럼]

[1부] 주제발표

 1부에서는 '국내 수소제조 및 저장이용 기술현황과 발전방안',‘세계최초 수소연료전지 상용발전 의미 및 발전현황’ 의 주제로 한국에너지기술연구원 김종원 책임연구원, 코오롱-하이드드로제닉스 이사 2명의 전문가 강연이 있었다.

 한국에너지기술연구원 김종원 책임연구원은‘국내 수소제조 및 저장이용 기술현황과 발전방안’에 대해 주제발표를 했다. 먼저 아래의 그림을 통해 연료전지에 있어 세계적인 흐름을 살펴볼 수 있다.

[그림 1. 연료전지에 대한 세계적인 정책]

출처 : 그린수소에너지포럼 강의자료

 수소에너지에 대한 국내외 정책에 있어 유럽의 경우에는 재생에너지 보급량의 증가에 따른 수요와 공급의 균형, 기술의 성장 동력, 그리고 이산화탄소 절감의 목적을 띤 정책을 하고 있다. 일본은 청정에너지와 에너지 안보, 그리고 수소를 에너지 캐리어로 생각을 하고 유연성을 확보하기 위해 노력을 하고 있다. 따라서, 작년 연료전지 같은 경우 11만대 보급을 하고 2030년까지 530만대를 목표를 하고 있다. 이와 비교하여 우리나라의 상황을 살펴보면, 최근 파리기후협약 이후 이산화탄소 배출에 대한 규제가 생기면서 온실가스 감축, 신재생 에너지 보급 확대, 그리고 에너지 신산업의 창출에 목적을 가지고 다양한 산업분야에 연료전지를 확대하기 위해 노력을 기울이고 있다. 앞으로의 산업은 자동차가 크게 결정할 것으로 보이고, 무공해 자동차의 경향은 세계적인 추세라 할 수 있다. 그 결과, 우리나라의 지리적 특성에 맞는 수소 연구가 재고되어야 하고, 이산화탄소 저감을 위한 재생전원의 비중 확대가 필요할 것이다. 수소는 많은 양을 저장할 수 있고, 원거리 운반이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 다양한 산업분야와의 연계가 가능하다는 이점을 가지고도 있다. 하지만, 현 상황에서 수소는 가격이 비싸고, 얻기가 힘들기 때문에 화석연료 베이스와 비교하였을 때, 수소 생산의 중요한 시사점은 가격의 경제성에 달려있고 이는 해결해야할 숙제이다.

[사진 2.  코오롱-하이드로제닉스 강연]

 코오롱-하이드로제닉스 최동호 이사는‘세계최초 수소연료전지 상용발전의 의미 및 발전형황’에 대한 주제로 코오롱-하이드로제닉스를 소개하고 앞으로의 수소 응용산업에 대해 발표했다. 코오롱은 2014년에 캐나다의 하이드로제닉스 기업과 손을 잡고, 수소연료전지분야를 연구하는데 힘을 쏟고 있다. 특히, 하이드로제닉스는 수전해방식의 수소제조 및 개발업체로써 고분자전해질 연료전지(PEMFC)분야에 뛰어난 기술을 가지고 독일을 중심으로 하여 유럽의 여러 나라와 파트너를 맺고 있는 회사이다. 코오롱-하이드로제닉스가 이처럼 에너지 분야로도 사업을 확대하면서 최초로 부생수소를 연료로 하는 1MW의 발전시설을 구축하고, 한화토탈의 대산공장에서 현재 상용운전을 하고 있다. 하이드로제닉스가 수소를 기반으로 하여 메탄으로의 하이브리드 발전하는 기술인 P2G(POWER-to-GAS)에도 투자를 하고 있어 코오롱-하이드로제닉스는 앞으로 풍력과 태양광 등의 신재생 에너지원으로 생산한 전기를 이용한 수소에너지 기반의 다양한 응용산업에도 좋은 영향을 미칠 것이다.

[2부] 패널토론

[사진 3. 패널토론]

  2부에서는 ㈜에스퓨얼셀 전희권 상무, 한국법제연구원 김종천 박사, ㈜효성 박종한 부장, ㈜하이리움산업 김서영 대표이사가 참여해 각각 ‘수소연료전지 기술개발 및 보급현황과 발전방안’,‘ 수소산업 기반구축을 위한 제반 규제 해소방안’, ‘수소충전인프라 핵심부품 개발 및 국산화 방안과 설치 최적화방안’, ‘액화수소산업 기술현황 및 적용방안’의 주제로 패널 토론이 진행되었다.

  ㈜에스퓨얼셀 전희권 상무는 ‘수소연료전지 기술개발 및 보급현황과 발전방안’의 주제로 건물용 연료전지 시스템에 대한 강연을 했다. 건물용 연료전지 시스템 구조는 연료 변환기, 연료전지 스택, 인버터, 열 저장시스템, BOP로 구성된다. 연료 변환기를 통해서 LNG, LPG, 메탄올 등은 수소로 전환이 되고, 연료전지 스택을 통해서 화학 에너지를 전기에너지로 변환해 직류전기를 생산한다. 직류전기는 인버터를 통해 교류전기로 변환되고, 열저장 시스템을 통해 온수 저장 및 공급을 한다. 연료전지를 도입하여 타 에너지원 대비 약 31%의 1차 에너지 감소효과와 약 45%의 이산화탄소 절감효과를 가질 수 있다. 건물용 연료전지 시스템은 2012년 대비 2013년도에는 40%의 성장률을 보였으며, 해외 시장에서 아시아, 북미, 유럽을 중심으로 성장하고 있다. 해외 시장과 비교해 전희권 상무는 국내 시장에서의 시스템 단가 감소가 시급하고, 500kWh이상 사용 세대에만 적용이 가능한 점, 그리고 운영 경제성 확보 방안이 필요하다는 몇 가지 문제를 제시하였다. 이와 관련하여 전희권 상무는 주택용 활성화 방안, 건물용 활성화 방안의 2가지 해결방안 및 정책 제안을 주장했다. 먼저 주택용 활성화 방안으로 정부 보조금 없이 독자적인 상업화를 실현하기 위해서 최소 10MW이상의 시장규모가 필요하며, 연료전지 판가가 700만원/kW 이하로 감소하여 경제성을 확보하고, 도시 가스 요금제의 개선을 주장했다. 다음으로 건물용 활성화 방안으로는 발전 인센티브 제공, 도시 가스 요금제 개선을 해결책으로 제시하였다.

 두 번째 패널로 한국법제연구원 김종천 연구원은 ‘수소산업 기반 구축을 위한 제반 규제 해소 방안’의 주제 하에서 수소산업 기반 구축에 대한 발표를 했다. 수소 충전소를 이용하는 수소 자동차의 부족, 개인 사업자가 수소 충전소를 설치하여 수익을 창출할 수 없는 구조적인 문제, 수소 충전소의 부족은 다시 소비자로 하여금 수소 자동차의 구매를 저해하게 하여 수소 경제 시대의 도래를 불가피하게 만들기 때문에 국가에 의한 수소 충전소 설치와 시장 형성이 필요하다.. 하지만 수소 충전소의 입지규제, 안전규제와 관련된 개별 법률을 개별적으로 개정하는 것에는 상당한 문제점으로 꼽았다. 고압가스 안전 관리법, 건축법, 산업안전 보건법 등 사회적 규제 및 시설 규제를 개별적으로 개정하기에는 제도적으로 복잡하고, 상당한 기간이 필요한 것은 사실이지만, 이에 김종천 연구원은 수소 경제와 관련된 통합적인 제도를 하나의 법률에서 체계화하고, 수소 충전소의 보급 확산과 관련된 제도를 도입하는 통합법을 제시하였다.

 세 번째 패널로 ㈜효성 박종한 부장은 ‘수소 충전 인프라의 핵심 부품 개발 및 국산화 방안과 설치 최적화 방안’의 주제 하에 국내 수소 충전 인프라 현황, 수소 충전 인프라 핵심 구성품 개발 및 국산화 방안, 수소 충전 인프라 설치 최적화 방안에 대해 말했다. 국내에는 총 20개소의 수소충전소가 건설되어 현재 10개소 정도 운영 중이며, 이들 중에 700bar 급으로 운영되는 충전소는 5개소가 있다. 정부에서는 2020년까지 수소충전인프라 90개소를 추가 건설하는 것이 목표이다. 그렇다면 수소충전 인프라 건설을 위해 어떠한 것을 고려해야 할까?

[그림 2.  수소충전인프라 PFD]

출처 : 그린수소에너지포럼 강의자료

 수소충전 인프라의 PFD(Process Flow Diagram)는 위와 같다. 수소튜브트레일러로부터 수소압축패키지를 거쳐 Priority Panel에 도달하게 된다. Priority Panel로부터 수소 가스 Storage Tank로 혹은 Dispenser로 이동하게 되며 Dispenser로부터 Chiller & pre-cooler을 거치게 된다. 이러한 PFD 중에서 핵심 구성품은 수소압축패키지, 수소가스 Storage Tank, Dispenser, Chiller & Pre-cooler이다. 하지만 핵심 구성품의 상당수는 해외 수입품에 의존을 하고 있어 시스템 가격 고가의 원인이 되며, 고장발생시 신속한 A/S 대응에 어려움이 있는 실정이다. 즉, 수소충전 인프라의 핵심 부품의 국산화가 시급한 문제이다. 핵심 부품만이 건설 중 고려 대상이 아니며, 건설 절차 그리고 부지 선정 등 여러 가지 고려 대상이 있다. 수소충전 인프라는 충전소 기본 검토를 거쳐 인허가 처리를 받게 되고, 이후에 현장 시공을 하게 된다. 수소충전 인프라의 부지 선정 방법은 국토의 계획 및 이용에 관한 법률 시행령 제 71조에 의거하여 해당부지의 용도가 수소 충전소 건설이 가능한 부지여야 한다. 전용주거지역, 생산녹지지역은 건설 불가하며, 일반, 준주거, 상업지역에는 건설이 가능하다. 또한, 토지이용계획원상 지목에 따라 건설 가능 혹은 불가능 여부가 판단된다. 그 외에도 예정부지로부터 50m 안쪽에 공동주택, 어린이놀이터, 의료시설 등이 없어야 건설이 가능하고, 30m 안쪽에는 철도부지가 없어야한다. 또한 학교, 유치원 부지 경계로부터 200m 안쪽인 경우에는 건설 불가하며, 해당부지가 8m 이상의 도로와 연접해 있어야 건설이 가능하다. 해당부지가 KGS code FP216, 217에서 제시하는 충분한 안전거리를 확보할 수 있어야 한다. 이에 박종한 부장은‘융·복합 및 패키지형 자동차충전소 시설기준 등에 관한 특례기준’에 의거하여 기존 CNG, LPG 주요수와 동일부지에 수소충전시설을 융·복합으로 설치하는 등 여러 대안을 제시하였다. 

 마지막 패널로 ㈜하이리움산업 김서영 대표이사는‘액화수소 산업 기술 현황 및 적용 방안'의 주제 하에 무인기 파워팩에 대해 말했다. 현재 무인기 용도는 다양화 되고 있고 체공 시간 문제를 해결하는 것이 시급하며, 연료전지가 이러한 문제를 해결하는 새로운 에너지원으로서 주목을 받고 있다. 연료전지를 사용하는 무인기에 수소 공급량을 늘린다면, 체공 시간을 늘릴 수 있다. 이에 대한 해결책으로 김서영 대표이사는 액화수소를 선택했다. 중량 대비 에너지 밀도가 가장 높은 에너지원인 액화수소는 소형화의 필요성이 큰 무인기에 굉장히 효과적인 에너지원이 될 수 있다. 하이리움산업은 무인기 시장으로의 진출을 목표로 액화수소 파워팩 설계를 마쳤고 시험중에 있다. 더불어 하이리움산업은 국내 최초로 이동형 수소 충전소 설계 및 개발을 하고 있다. 

 현재 수소를 생산하고 이용하기까지 기술과 경제성 문제, 수소 충전설비, 연료전지 등의 많은 부족한 상황을 가지고 있는 것이 사실이다. 하지만, 이번‘그린수소에너지 포럼'에 전문가들이 한자리에 모여 새로운 해결 방안을 제시하는 모습으로부터 수소 프로세스의 기술을 높이고 미래 수소 산업의 성장과 더 나아가 대한민국의 에너지 그리드 세상을 기대해본다.