수소경제시대 전환
천연가스 수소 혼입으로 시작

국가 2050년 예상 전원 믹스에 따르면 재생에너지 전원 믹스 비중은 60~70%, 수소에너지는 2,790만 톤 사용될 것으로 관측된다. 반면 천연가스 사용량은 400만 톤 이하로 전망되고 있다. 이미 수소경제에 주목하는 세계 주요 국가들은 청정에너지인 수소 연료를 효율적으로 고압 이송하기 위한 수소 전용 배관 기술 개발이 한창이다.
천연가스 사용량이 크게 감소한다면 국내의 기존 천연가스 공급 인프라의 활용성을 깊이 고민해야 하는 상황. 한국가스공사는 그 답을 수소혼입에서 찾았다. 기존 천연가스 배관 인프라를 활용한 수소 혼입 공급에 대한 기술 개발 및 실증을 추진 중이다.
유럽에서는 여러 천연가스 주배관망 운영사들이 협의체를 구성해 수년 전부터 천연가스 자산의 수소 공급 인프라 전환을 준비하고 있다. 국제 코드에 따르면 가스공사에서 주로 사용하고 있는 고압배관(X65, X70)도 수소 운송용으로 사용 가능하다. 혼입 농도, 최고운영압력, 배관 두께, 결함 관리 등이 수반되기만 하면 된다.

안전성 확보와 기술 개발을 위한
연구와 협약 체결

<수소 혼입 실증 로드맵>

가스공사는 안전하고 안정적인 수소 혼입을 위해 관련 연구 계획을 추진하고 있다. 첫째는 '천연가스 배관 내 수소 혼입 영향 연구'다. 2022년 1월부터 시작해 2년간 6억 원의 예산이 투입된 이 연구는 수소 혼입에 따른 품질, 가스 배관 용량, 열량 변화 분석, 계량 영향 평가, 수요처 가스기기 가스호환성 평가, 가정용 가스기기, 왕복 동식 엔진류 및 기존 발전용 가스터빈 혼입 가능 수소 농도 도출 등을 다룬다. 한국가스공사와 함께 한국가스안전공사, 표준과학연구원이 함께 한다.
두 번째 연구 항목은 '수소 배관 기술 기준 수립 및 사용적합성 평가'다. 이 부분은 2022년 1월 시작해 34개월간 진행되며, 수소 혼입 비율에 따른 수소 배관의 수소취성특성 평가, 유동 및 구조적 건전성 평가, 수소 배관 설계, 시공 및 운영 기준 정립 등의 내용을 담고 있다. 한국기계연구원과 인하대학교가 함께 연구하고 있다.
이외에도 2022년 5월 26일 해외 인증기관인 DNV와 컨설팅 계약 체결을 완료했다. 1864년 설립된 DNV사는 노르웨이 오슬로 소재 기업으로, 에너지 분야 90년의 사업 경험을 보유하였으며 2008년부터 유럽 중심 60여 개의 수소 관련 프로젝트를 수행해 왔다.
그 첫 성과로 제주도에서 올해 착공해 내년 시행 예정으로 수소 혼입 실증 시험이 이뤄질 예정이다.

<정압기지 내 공정도>

• 수소생산단지Ⓐ에서 생산된 수소를 튜브 트레일러ⓐ를 이용하여 (한림)정압기지Ⓑ로 이송
• 정압기지Ⓑ에 튜브 트레일러ⓐ를 거치(정차)한 상태에서 튜브 트레일러의 수소를 정압기지 내 수소 혼입 설비ⓑ로 이송
• 수소 혼입 설비ⓑ에 의해 수소 농도/유량을 제어하고, 제어된 수소는 기존 정압기지 내 배관ⓓ에 주입 (기존 Purge용 주입구 활용 예정)
• 주입된 수소는 천연가스와 혼합되어 정압기지 내 시설ⓔ을 거쳐 발전사 전용 본관Ⓒ에 공급
• 혼합가스(수소+천연가스)는 발전사 본관Ⓒ거쳐 발전소Ⓓ의 관련 설비(가스터빈 등)에 공급

환경, 사회, 경제
수소 혼입의 세 가지 효과

천연가스 배관시스템의 수소 혼입 효과는 사회, 경제, 환경적 측면에서 이점이 있다. 우선 가장 기대되는 것은 온실가스와 대기오염물질 배출 저감 효과다. 수소 10% 혼입 시 연간 약 350만 톤의 이산화탄소 저감 효과가 있다.(LNG 3,800만 톤 공급 기준)
또 기존 천연가스 배관시스템을 이용하기 때문에 광범위하고 장기적인 수고 공급과 저장이 가능하다. 수소 전용 배관과 수송 인프라를 새로 건설하는 비용을 절감할 수 있는 것이다. 신규 수소 배관을 구축에는 km당 약 30~40억 가량의 비용이 발생한다.
그리고 무엇보다 천연가스 배관에 수소를 혼입함으로써 수소 수요처를 확보할 수 있다.(수소 10% 혼입 시 연간 약 50만 톤의 수소 공급이 가능하다), 이는 우리나라가 수소경제 사회로 진입하는데 기여하는 바가 크다.

수소혼입·전용
해외사례

• 영국의 HyDepoly

  영국 Keel 대학 내 100개 가구, 30개 건물에 수소 혼입 실증을 완료했다. 수소 혼입률 20%까지는 기존 가스 기기의 큰 변화 없이 사용이 가능한 것으로 확인됐다.
  (실증 기간 : 2019.10.~2021.3.)

• 미국의 Hawaii Gas

  나프타를 개질하여 제조한 합성천연가스(SNG)와 수소를 고압 주배관을 통해 하와이 오아후 섬 내 상용 공급한다. (수소 혼입률 : 최대 15%, 1970년대부터 SNG 공급 시작)

• 네덜란드의 Gasunie

  네덜란드 Dow Chemical~Yara International 사이 12km 구간 기존 천연가스 주배관을 수소 배관으로 전용 후 사용 공급한다. (수소 100% 공급, 2018년부터 수소 전용 공급 시작)