webzine vol.39

천연가스(Natural Gas)와 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 차이는 무엇일까? 기체 상태의 천연가스를 정제한 후 냉각해 액체 상태로 만든 천연가스가 바로 LNG이다. 천연가스는 –162℃에서 액화하고, 부피는 1/600으로 줄어든다. 천연가스의 이러한 특성을 수송·저장에 활용한다. 기체 대비 더 많은 양을 운반하고 보관할 수 있기 때문이다. 한국가스공사는 해외로부터 LNG를 들여와 세계 1위의 LNG 저장능력을 자랑하는 저장탱크에 보관한다.

그렇다면 한국가스공사는 국내 발전사와 도시가스사에 천연가스를 어떻게 공급할까? 기화기에서 LNG를 기화시킨 후 전국에 건설된 배관망을 통해 안전하게 공급한다. 천연가스를 –162℃에서 0℃로 기화시킬 때 1kg당 약 200kcal의 LNG 냉열 에너지가 발생한다.

그동안 LNG 냉열 에너지는 버려져 왔으나 2017년 정부 국정과제 5개년 계획의 일환으로 ‘미활용 열에너지 활성화’가 국정과제로 선정되고, 2019년 발표한 제3차 에너지기본계획(2019~2040)에 ‘LNG 냉열 활용 확대’가 새롭게 포함됐다. 에너지기본계획이란 국가가 5년마다 수립하는 에너지 분야 최상위 법정계획을 말한다. 산업통상자원부가 2021년 확정·공고한 제14차 장기 천연가스 수급계획(2021~2034)에서도 천연가스 신시장 창출 중 하나로 LNG 냉열 이용 활성화를 포함시켰다. 제14차 장기 천연가스 수급계획에서는 이를 통해 “국내 에너지 소비를 저탄소·고효율 소비구조로 전환(한다)”고 명시했다.

LNG 냉열은 △공기 액화 분리, △냉장·냉동 물류창고, △냉열 발전, △저온 분쇄 등에 활용할 수 있다. 공기(대기)는 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소 등으로 조성되어 있다. 공기를 냉각시켜 액체의 질소, 산소, 아르곤을 분리해낼 수 있는데, LNG가 기화할 때 주위의 열을 가져와 주위 온도가 낮아지는 원리를 이용하면 공기를 냉각시키기 위해 사용하는 전기 에너지를 절감할 수 있다. 액체질소, 액체산소, 액체아르곤은 철강·화학, 조선·기계, 의료 등 다양한 산업에 쓰이고 있다. 특히 –196℃의 액체질소는 냉동인간 연구에도 이용된다.

식품을 변질 없이, 신선하게 보관할 수 있는 냉장·냉동 물류창고는 낮은 온도를 24시간 유지해야하기 때문에 전력 소요가 심하다. 게다가 창고 면적이 넓을수록 전기 사용량은 더 증가한다. LNG 냉열을 냉매로 쓸 경우, 전기요금을 절감할 수 있다. 특히 보관온도가 중요한 코로나19 백신을 안정적으로 보관하는 데도 LNG 냉열이 한 축을 담당하고 있다.

이와 함께 LNG 냉열로 전기를 생산할 수도 있다. LNG가 기화할 때 600배로 팽창하는 원리를 이용해 터빈을 돌려 전기를 얻는다. 무엇보다 냉열 발전은 전기 생산과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는다. 폐타이어와 같이 폐기물을 저온에서 분쇄해 재활용하는 사업에도 사용하고 있으며 지역 냉방에 LNG 냉열을 활용하는 방법도 연구 중이다.

연간 400만Gkcal의 LNG 냉열을 보유한 한국가스공사는 국내 최초로 LNG 냉열을 100% 활용하는 인천신항 콜드체인 클러스터를 구축하고 있다. 한국가스공사는 2021년 9월 EMP벨스타, 한국초저온 등 4개사와 인천신항 콜드체인 구축·운영 SPC(특수목적법인) 설립을 위한 주주협약을 체결한 가운데, 인천신항 배후단지를 중심으로 신선식품과 냉동식품, 바이오 의약품까지 보관할 수 있는 국내 최초 100% LNG 냉열 활용 냉장·냉동 물류창고 건설을 추진하고 있다. 현재 LNG 냉열을 활용한 냉장·냉동 물류사업은 평택 오성산업단지에 있는 한국초저온이 운영하고 있다. 한국가스공사 평택 LNG 생산기지와 거리가 있어 바이오 의약품을 보관하는 초저온 창고 중심으로 일부만 사용해 왔다.

반면 인천 LNG 생산기지 가까이 건설할 인천신항 콜드체인 클러스터는 LNG 냉열을 활용해 SF급(-60℃ 이하)·F급(-25℃ 이하)·C급(0~10℃ 이하) 창고에서 신선화물을 경제적이고 안정적으로 보관할 수 있다. 인천신항 콜드체인 클러스터는 2024년까지 총 사업비 5,622억 원(한국가스공사 투자금액 253억 원)을 투입하며 오는 6월 착공 예정이다. 2025년부터 운영 예정으로, 연간 최대 약 2.1만 톤의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있다.

한국가스공사는 KT와 함께 세계 최초로 LNG 냉열을 활용한 냉방 시스템 개발도 추진 중이다. 데이터센터는 IT 서버를 일정한 공간에 모아 통합 운영·관리하는 시설로, 데이터센터에서 발생하는 많은 열을 줄이기 위한 노력이 계속 이뤄지고 있다. 2021년 11월, KT와 LNG 냉열 활용 사업 개발 업무협약을 체결한 한국가스공사는 LNG 냉열을 활용한 데이터센터의 사업성 검토, 기술 안전성 검증, 국내외 사업 개발 등 다양한 분야에서 긴밀하게 협력하고 있다.

한국가스공사와 KT는 LNG 냉열을 데이터센터의 적정 온도 유지에 활용해 연간 60%의 냉방 소모 전력을 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있다. KT 용산 데이터센터와 같은 대형 데이터센터에 LNG 냉열 활용 냉방 시스템을 구축할 경우, 시간당 최대 약 12MWh의 전력을 줄일 수 있다. 이는 400Wh(서울시 주택 1가구의 시간당 평균 전력사용량)를 사용하는 3만 여 가구의 소모전력 절감량에 해당한다, 특히 시간당 LNG 100톤의 냉열을 활용할 경우, 연간 1만 6천 톤의 이산화탄소 배출을 줄여 정부의 탄소 중립 정책에도 적극 기여할 수 있다.

이와 함께 LNG 냉열을 친환경 에너지인 수소 생산에도 활용할 계획이다. 지난해 5월 GS칼텍스와 업무협약을 체결한 한국가스공사는 세계 최초로 LNG 냉열을 활용해 액화수소를 생산·공급하는 액화수소 메가스테이션을 구축하는 사업을 진행하고 있다. 액화수소 메가스테이션은 한국가스공사 LNG 생산기지의 천연가스를 원료로 수소를 생산한 후 LNG 냉열을 활용해 액화수소로 변환·저장하고 이를 탱크로리로 수도권 액화수소 충전소에 공급하는 사업이다.

현재 수소 충전소는 기체 상태의 수소를 공급한다. 수소는 –253℃에서 액체 상태로 바뀌고, 부피는 1/800로 줄어들기 때문에 저장과 운송이 용이하다. 또한 기존 충전소에 비해 좁은 면적에서도 액화수소를 공급할 수 있다. 무엇보다 LNG 냉열을 액화수소 생산에 활용하면, 생산 비용을 최대 30%까지 낮출 수 있다.

양사는 2024년 12월까지 연간 1만 톤 규모의 액화수소 메가스테이션을 준공해 수도권과 중부권에 액화수소를 공급할 예정이다. 한국가스공사는 한국가스공사가 보유한 LNG 냉열 인프라를 바탕으로 독보적인 LNG 냉열 비즈니스 모델을 확립해 사업을 확장하면서 정부의 미활용 열에너지 활성화 정책에 적극 부응할 계획이다.