수소를 추출하는 방법(1) – 부생수소 활용법

수소를 추출하는 방법(1) -  부생수소 활용법

 

대학생신재생에너지기자단 16기 전예지

 

일반적으로 수소를 추출하는 방법은 ‘부생수소 활용법’, 액화 천연가스(LNG)를 고온, 고압의 수증기로 ‘개질(reforming)’하는 방식, 태양광, 풍력 등 신재생에너지를 활용한 물의 ‘전기분해’ 방식 등 크게 세 가지로 나뉜다. 이 가운데 부생수소 활용법은 가장 친환경적이면서도 가장 경제적인 수소 제조 방법으로 평가받고 있다.

부생수소는 크게 3개 업종에서 생산된다. 정유, 석유화학, 제철 산업이다. 생산량으로만 따지면 정유산업이 압도적이나 외부 유통은 기대할 수 없다. 탈황, 분해공정의 중요한 첨가제로 거의 대부분 재사용되기 때문이다. 석유화학산업에서는 납사 분해공정 등에서 다량의 수소가 생산된다. 외부 수소 공급 여력이 가장 큰 업종이라 할 수 있으나 대부분 연료로 자체 소비된다. 마지막으로 제철 산업에서는 원재료인 철광석 환원 시 사용되는 코크스를 얻는 과정에서 COG(혼합가스)가 나온다. 이를 정제해 수소를 얻게 된다. 부생수소는 기존 화력발전 과정에서 배출되는 온실가스, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등의 환경오염물질이 전혀 없어 친환경적이다. 이에 우리나라 수소 생산량의 대부분을 차지한다.

현재 부생수소의 유통구조는 석유화학사, 제철소 등의 일부 수소를 유통사들이 받아 외부로 공급한다. 이때 수소는 수요처에 맞게 정제처리 후 공급된다. 이송에서는 생산지 주변은 파이프라인 공급이 절대적이며, 먼 거리는 튜브트레일러가 담당한다. 근거리 수송의 ‘부생수소 연료전지’부터 원거리 수송을 위한 ‘수소 출하센터’ 구축까지 부생수소를 활용하기 위한 다양한 방법들이 등장하고 있다.

연료전지 발전소는 대부분 천연가스 개질 방식으로 가동하는 경우가 많은데, 대산 수소연료전지 발전소를 비롯해 국내에서도 다양한 부생수소 연료전지 발전소가 건설되고 있다. 부생수소 연료전지의 경우 ‘부산물’인 부생수소를 활용하기 때문에 경제적이며, 개질 과정이 필요 없기 때문에 발전효율이 높다. 또한, 기존에 태워 버렸던 부생수소를 재활용해 ‘무연소, 무대기오염’으로, 공기정화 효과까지 기대할 수 있다. 또 전기 생산지와 수요지가 가까워 송전망 투자도 필요하지 않다. 

 

 

 

 

[자료1. 대산 수소연료전지 발전소]

출처 : 두산퓨얼셀

한화에너지와 두산퓨얼셀, 한국동서발전 등은 지난 7월 충남 서산시 대산산업단지에 ‘부생수소 연료전지 발전소’를 준공했는데, 대산산업단지 내 2만㎡ 부지에 건설한 수소 연료전지발전소는 연간 40만㎿h(메가와트시)의 전력을 생산해 충남지역 16만 가구가 사용할 수 있는 규모의 전기를 공급할 예정이다. 이는 부생수소를 활용한 세계 최초·최대 규모의 발전소다. 이 발전소는 연료인 수소를 인근에 있는 한화토탈로부터 공급받기에 같은 계열사의 부생수소를 친환경적으로 처리할 수 있을 것이라 예상된다. 

 

 

 

 

[자료2. 현대제철-하이넷의 '수소 출하센터' 착공식]

출처 : 에너지데일리

현재 현대제철이 수소충전소에 공급할 ‘수소 출하센터’를 구축한다고 발표하여, 내년부터는 수소충전소에 원활히 수소가 공급될 뿐 아니라 기존 수소 가격 대비 저렴한 수송용 부생수소가 공급될 것으로 전망된다. ‘부생수소 출하센터’는 부생수소를 대량으로 저장했다가 이를 수소충전소에 이송할 튜브트레일러에 옮겨 담는 시설이다. ‘부생수소 출하센터’가 완공되는 내년 초부터 현재 수소충전소에 공급되는 약 7000원대 초반의 수소 가격 대비 최소 20% 이상 저렴하게 공급할 계획이다. 저렴한 수소공급으로 수소충전소의 수익성이 크게 개선될 것으로 예상되며 장기적으로 소비자들의 편익도 향상될 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 생산한 수소를 제대로 활용하기 위해 송산 2산단 내 생산과 유통을 목적으로 한 수소 콤플렉스(Complex)도 구축한다. 현대제철 관계자는 "이곳에서 현대자동차, 현대글로비스 등과 협업해 수소 전기 상용차 개발과 사용 확대를 추진할 계획"이라면서 "신재생 발전시스템 구축을 위해 현대차그룹 내 협업을 통한 연료전지 발전시스템도 마련할 것"이라는 포부를 밝혔다. 출하센터는 수소충전소를 운영하는 수소에너지네트워크(하이넷)가 운영할 계획이며, 산업부는 출하센터 구축에 필요한 자금지원과 전반적인 진행 상황을 점검, 충남도와 당진시는 인허가 등 제반사항을 지원할 예정이다.

 

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참고문헌

1) 강경민 기자, “한화 "그린수소 글로벌 선두로"…세계최대 부생수소발전소 가동”, 한국경제,  2020.10.19, https://www.hankyung.com/economy/article/2020101923381

2) 안소영 기자, “두산퓨얼셀, 세계 최초·최대 부생수소 연료전지발전소 준공”, 조선비즈, 2020.07.28, https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2020/07/28/2020072801732.html

3) 이종수 기자, “부생수소 연료전지발전소가 뜬다”, 월간수소경제, 2019.09.02, https://www.h2news.kr/mobile/article.html?no=7771

4) 이지민 기자, “세계 최초, 오염 없는 ‘부생수소’ 발전소 준공 [시사N이슈]”, EDUJIN, 2020.10.21, https://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=34238

5) 이재은 기자, “[수소경제] 깨끗한 수소? '수전해 설비' 없이는 불가능… 한국은 아직 개발단계”, 조선비즈, 2020.10.14, https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2020/10/13/2020101302335.html

6) 장성혁 편집장, “부생수소의 변신의 무죄”, 월간수소경제, 2020.10.31, http://www.h2news.kr/news/article.html?no=8545

7) 정민하 기자, “철강업체 현대제철이 요즘 철보다 더 집중 생산한다는 ‘이것’은”, 조선비즈, 2020.10.17, https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2020/10/16/2020101602277.html

8) 조남준 기자, “내년초부터 20% 이상 저렴한 수송용 부생수소 공급”, 에너지데일리, 2020.10.12, https://www.energydaily.co.kr/news/articleView.html?idxno=112519