KOGAS ISSUE 1

거점형 수소생산기지 구축으로 수소경제 가속화

수소경제는 수소를 주요 에너지원으로 사용하는 경제산업구조를 말한다. 화석연료 중심의 에너지 시스템에서 벗어나 수소를 에너지원으로 하는 자동차, 선박, 열차, 기계 혹은 전기발전 열 생산 등을 늘리고, 이를 위해 수소를 안정적으로 생산·저장·운송하는 데 필요한 산업과 시장을 새롭게 만들어내는 경제시스템을 의미한다. 이러한 수소경제 사회의 핵심은 다름 아닌 수소의 생산과 공급. 지난 7월 24일 통과된 거점형 수소생산기지 구축사업이 이후 한국가스공사의 수소 사업 전개에 기폭제 역할은 물론 수소경제 시대를 앞당기리란 전망에 힘이 실리는 이유다. 수소생산기지는 천연가스에서 수소를 추출하고 배출되는 이산화탄소를 포집해 온실가스 배출을 최소화하고, 신재생에너지를 활용한 수전해 설비를 복합운영해 친환경적인 미래수소에너지를 생산하는 시설이다. 거점형 수소생산기지 구축사업은 2019년 9월 정부 지원사업으로 확정되었으며, 이후 지자체 공모를 통해 경남 창원시와 광주광역시가 대상 지역으로 선정되었다. 그 바통을 이어 최근 거점형 수소생산기지 구축사업이 의결되면서 한국가스공사는 8월부터 설계 및 설비물품 제작에 착수해 2022년 12월 준공을 마칠 계획이다. 거점으로 삼은 창원시와 광주광역시에 각각 하루 10톤, 4톤 규모의 설비를 구축함으로써 수소에너지를 생산하게 되는 것이다. 이와 별개로 한국가스공사는 2019년 10월 김해 수소충전소 및 2020년 6월 대구혁신도시 수소충전소 구축사업 확정, 2020년 7월 수소유통전담기관 선정 등 수소의 생산과 공급, 판매 등 수소산업 전 밸류체인 완성에 한 걸음 더 다가가게 되었고, 수소경제 사회는 그만큼 가까워졌다.

미래 에너지는 수소연료전지로 통한다

현재의 에너지 기반인 화석연료는 지구 온난화와 자원 고갈이라는 치명적인 단점을 갖고 있다. 반면 수소에너지는 친환경성은 물론이고 지구에서 가장 쉽게 얻을 수 있는 원소인 수소를 에너지화할 수 있는 기술력을 갖춘다면 일부 국가 중심의 탄소경제 에너지 공급사슬에서 벗어나 에너지 평등의 경제체계 구축이 가능해진다. 다만 수소에 잠재된 무한한 가능성을 에너지원으로 활용하기 위해서는 '수소연료전지'가 필요하다. 수소연료전지는 산소와 수소의 전기화학 반응을 통해 연료의 화학적 에너지를 전기에너지로 변환하는 발전장치다. 외부에서 연료를 지속적으로 공급할 수만 있다면 계속해서 전기를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 에너지 전환효율도 높다. 즉 발전소에서 얻는 전기에너지 이용효율은 35%인데 반해 수소연료전지의 전기적 효율은 40~50%, 열효율까지 고려한 종합에너지효율은 80% 이상에 달한다.

전기를 만드는 과정에서 유해한 부산물을 전혀 배출하지 않고 순수한 물만 생성하므로 친환경 에너지 솔루션으로도 주목받는다. 또, 전력소비지역 부근에 발전설비를 설치해 이용하는 분산전원방식으로, 국가적 송전손실과 설비 부담을 줄일 수 있는 대안이기도 하다. 다른 발전원에 비해 설치면적이 작은 데다 공해 및 소음이 적다는 점도 빼놓을 수 없다. 다양한 장점을 지닌 수소연료전지는 고체 산화물형, 고분자 전해질형, 직접 메탄올 연료전지 등으로 나뉜다. 고체 산화물형 연료전지는 주로 대형건물의 분산형 전원으로 이용되는데, 수소뿐만 아니라 다양한 연료를 사용할 수 있다. 실용화 및 상용화가 가장 활발하게 진행 중인 고분자 전해질형 연료전지는 수소자동차를 포함한 수소모빌리티에 주로 사용되며, 소형화를 통해 가정용, 이동용 전원으로도 이용 가능하다. 직접 메탄올 연료전지는 별도의 제어장치가 필요 없어 소형화 및 경량화에 가장 유리한 형태로, 휴대전화나 노트북 등의 전원으로 활용할 수 있다.

수소모빌리티를 통한 수소연료전지의 활약

수소 사회의 성장을 견인할 수소연료전지의 활약은 수소차를 비롯한 수소모빌리티에서 좀 더 선명하게 드러난다. 수소경제가 활성화된 미래 우리나라는 환경 관련 자동차에 대한 인식부터 바꿔놓을 전망이다. 수소차에 쓰이는 연료전지의 경우 수소는 수소충전소를 통해 공급받지만 산소는 바깥공기를 빨아들이기 때문에 연료전지의 내구성을 위해 불순물을 걸러내는 고성능 에어필터 시스템을 장착한다. 공기 중 초미세먼지의 99.9%를 걸러내는 에어필터 덕분에 수소차 1만 대가 도로 위를 달리면 디젤차 2만 대가 뿜어내는 미세먼지를 정화할 수 있으며, 나무 60만 그루를 심는 것과 같은 탄소저감 효과를 기대할 수 있다. 수소전기차로도 불리는 수소차는 배터리의 용량과 충전 방법에서도 차별화된다. 전기차의 경우 30~100kWh의 배터리에 전력을 충전시켜 사용하는 것과 달리 수소차는 배터리 외에 별도의 연료전지시스템을 마련해 수소와 산소의 전기화학 반응을 일으켜 얻는 전기를 동력으로 삼는다. 전기차 대비 충전시간이 상당히 짧고, 한 번의 충전으로 먼 거리를 주행할 수 있다는 것도 수소차의 장점. 특히 수소차는 1kg당 100km의 주행이 가능한데, 이는 동급의 화석연료 자동차와 비교했을 때 6배 수준의 연비에 해당한다.

수소차와 함께 가까운 미래에는 수소드론 또한 활성화될 것으로 보인다. 코로나19로 인해 비대면 서비스 수요가 급증하면서 주로 영상 촬영이나 경주 등에 활용되던 드론의 쓰임새가 배달을 비롯해 산업 전반으로 확대되고 있다. 다만 기존의 드론은 대부분 리튬이온전지를 장착해 최대 30분 비행에 그쳐 여분의 배터리를 여러 개 챙겨야 하는 번거로움은 물론 이동 거리에도 제한이 따랐다. 이러한 불편은 수소연료 전지를 장착한 드론 개발로 해결할 수 있다. 수소드론은 한 번에 2시간 넘게 비행할수 있어 우범지대 모니터링, 해상풍력 및 송전선 점검, 대규모 건설현장 3차원 스캔등 폭넓은 활용이 가능하다. 택배, 소방, 의료 등에서도 활용 가치가 높아 해당 시장의 성장성이 매우 밝을 것으로 내다보고 있다. 드론 특성상 여러 개의 에너지원이 필요하다는 점에서 연료전지 팩 시장까지 동반 성장할 것으로 점쳐지고 있다. 이외에도 수소연료전지는 자전거, 항공, 선박 등 수소모빌리티의 적용 분야를 넓혀나가는 한편 산업 전반과 일상에까지 스며들어 에너지원 대부분을 친환경으로 바꾸는 효과와 함께 자원 자립화에도 크게 기여할 것으로 보인다. 그동안 연료전지 관련 다양한연구와 연료전지 설치 지원을 병행해온 한국가스공사는 2025년까지 연료전지를 포함한 신사업 분야에 1조 원 규모의 투자를 진행해 향후 수소연료전지 기술개발 및 보급 활성화에도 앞장설 예정이다.

한국가스공사 또한 전주기 안전관리체계 확립에 적극적으로 나서고 있다. 즉, 수소의 누출방지를 위한 안전 설비의 설계와 관련 설비의 강도 및 신뢰성을 확보하고자 자재구매 및 시공에 대한 기준을 정립했다. 또 설비 운영 시 위험 요인 분석 및 저감 프로그램 개발, 신규 수소시설에 대한 위험 요인 확인 및 안전성 평가와 더불어 가스 설비의 안전·품질·환경 분야 국제 표준 충족 및 인증 획득 경험을 바탕으로 수소시설 기준의 국제인증도 추진하고 있다. 이와 함께 한국가스공사는 법규와 국제 표준에 기반한 수소 안전관리 시스템 구축 및 수소 안전 전문가 육성을 골자로 한 교육체계 수립에도 박차를 가하고 있다. 1983년 천연가스 불모지였던 우리나라에 '천연가스의 안전하고 안정적인 공급'을 사명 삼아 설립한 한국가스공사는 그간 축적해온 독보적인 인프라와 노하우를 수소 사업에 활용해 수소 사회로 가는 길 선두에서 방향등 역할을 해낼 것으로 기대를 모으고 있다.