새로운 수소생산과 공급방안으로 DME 연료 활용
새로운 수소생산과 공급방안으로 DME 연료 활용
  • ㈜바이오프랜즈 조원준 대표
  • 승인 2019.03.06 10:34
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[지앤이타임즈] 

※ (주)바이오프랜즈 조원준 대표이사는 한국가스공사 연구개발원에서 23년간 근무하며 DME 연구개발센터장 등을 역임했으며 퇴임 후 유니시스 인터내셔날 연구소장으로 2년간 근무했다. 이후 2016년 (주)바이오프랜즈를 설립해 온실가스저감, CO2 이용 기술, 에너지순환산업 연구에 매진하고 있다.

 

㈜바이오프랜즈 조원준 대표
㈜바이오프랜즈 조원준 대표

지난 1월 17일에 산업통산자원부에서 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’에 의하면 수소전기차 누적생산량 기준으로 2018년도 2천대수준에서 2040년 620만대(내수 290만대, 수출 330만대)로 확대하고 이에 확보해야하는 인프라로 수소충전소를 2022년에 310개소에서 2040년 1,200개소로 확충하는 계획을 발표하였다. 

국내 ‘수소에너지’ 분야는 세계속에서 선도적으로 수소시장으로 진입하는 목적으로 ‘한국수소 및 신에너지학회’를 통하여 지난 30여년 동안 정부의 지원을 받든 또는 자력으로 성장하였든 지속적으로 중단없이 일관성 있게 연구와 기술개발을 수행한 결과 근래에 들어 실질적인 정부시책과 더불어 수소사회로 에너지패러다임을 전환하는 계기를 마련하게 되었다. 

또한 ‘연료전지’ 분야는 수소에너지의 활용설비로써 수송용(자동차, 선박, 드론등) 뿐만 아니라 발전용으로도 활용처가 많아서 이번 정부발표에서도 밝혀듯이 2040년까지 재생에너지원으로 활용한 수소를 이용하여 소형 분산발전 시장까지 진입하여 15GW(수출 7GW 포함)이상 확대하고 수출산업화하는 계획이다. 사실 대단히 반가운 일이면서도 지금부터 20년후여서 2040년 계획에 섣부른 기대감을 애둘러 외면하고 싶은 심정이다.

그러나 분명한 것은 2022년 국내 수소전기차량 8.1만대, 수소충전소 310개소 설치와 발전용 연료전지 1.5GW등을 구체적으로 발표함으로써 기술개발과 이 분야에 종사하는 다양한 직군의 기업들에게는 환영할 일이다. 

더욱이 중국의 수소전기차 보급 로드맵에 따르면 2025년까지 수소충전소 300개소, 수소전기차 5만대 보급, 2030년 각각 1000개소, 100만대 보급이라는 놀라운 목표를 세워 이제 막 시장에 진압하려는 수소시장에서 중국의 엄청난 잠재시장규모는 한국기업에게는 하나의 기회로 다가올 것이기 때문이다.

여기서 인류의 궁극적인 친환경에너지원인 수소에너지원의 공급과 저장은 인류가 해결해야하는 기술적 숙제이다. 기후변화로 온실가스 저감과 대기질 개선이라는 환경문제를 해결하기 위해서 화석연료(천연가스, LPG, 메탄올, DME 및 부생가스 등)로부터 생산되는 수소는 CO2를 여과없이 발생하게 되어, 기존의 석유계 에너지원과 크게 다를바 없는 것이 자명하다. 

이를 해결하기 위하여 재생에너지에서 생산되는 수소생산과 연계한 기술개발과 사업모델이 시급히 선행되야 할 것이다. 일반적으로 에너지전문가들은 태양광, 풍력의 전력을 이용하여 수전해로 수소를 생산하는 기술은 에너지 공급의 안전성과 경제성 측면에서 완성도를 높이려면 시일이 더 많이 소요될것으로 내다보고 있다. 

따라서 현실가능한 대량 수소 공급방안으로는 청정연료에 해당하는 천연가스, LPG, 메탄올, DME 등과 같은 화석연료를 기반으로하여 개질공정(Reforming Process)에 의한 수소 생산과 공급이다. 

2020년 일본 도쿄올림픽을 앞두고 일본은 호주의 갈탄으로부터 생산되는 수소를 해상으로 운송하여 수소경제와 사회를 선도한다는 것으로 한발 앞서서 홍보하는 계획도 어찌보면 기존의 화석연료가 재생에너지에서 생산하는 수소를 대체하는 현실적 대안으로 설명하는 대목이다.

이에 CO2 배출을 저감하고 이를 친환경적으로 이용하는 기술로써 2018년 국제 DME 컨퍼런스에서 발표한 BioDME와 BioMethanol 시장을 주목할 필요가 있다. 

즉 바이오가스로부터 직접 수소를 제조하여 운영하는 방안도 중요한 수소생산 방법이나 수소의 이송과 저장 측면에서 바이오가스(바이오메탄가스와 CO2)로부터 메탄올과 DME를 생산하여 이송, 필요지역에서 수소생산하면 CO2 중립화(CO2 Neutralization)를 실현하게 되고, 이를 통한 수소생산은 재생에너지를 이용하는 방안으로 제안하고 있다. 

경제적이고 안정적인 수소생산과 공급시스템을 조성하기 위하여 이미 구성된 SPC업체인 HyNet에서 대규모 수소생산 로드맵을 작성중이겠지만, 소형 분산발전용 및 소형 수소생산 개질시스템으로 적용하는 분야에 바이오가스로부터 생산되는 BioDME로부터 수소생산을 안정적으로 공급하는 방안이 친환경에너지원의 한 방안이 됨을 제안해본다. 

물론 BioDME를 생산하기 위하여 국내에서 대규모 바이오가스단지를 섭외하거나 해외 바이오가스로부터 BioDME를 생산하는데 시간이 필요하겠지만 그전까지는 기존의 DME를 이용하여 공급하는 현실적 대안을 제시하고자 한다.

㈜바이오프랜즈는 올해 하반기부터 충청북도 보은산업단지에서 이러한 DME를 상업생산하여 국내 에어로졸 시장에 60~80%를 공급할 예정이며, 20~40%를 연료공급시장에 공급예정이다. 

주로 미세먼지를 저감하는 목적으로 경유차를 대체할 DME차량과 농촌에 CO2발생으로 농작물의 광합성을 도와 농작물 생산성 향상과 생육에 쓰일 것이며, 2022년 충청권 1개소의 DME 수소스테이션과 DME 연료전지 분산발전용으로 DME를 보급예정이다. 

기술개발차원에서 국내 수소개질 전문업체인 에이치앤파워와 공동으로 1.2kW급 가정용 소형연료전지에 적용할 DME 개질기를 국내 최초로 개발하여 시제품으로 선보였다. 현재 개질기 최적화 단계에 있으며, 최적의 DME 전용 촉매개발과 양산시스템을 갖추기 위하여 투융자를 진행하여 2022년에 가정용, 건물용으로 5~10kW급의 DME 개질 연료전지시스템을 양산하여 상업생산할 계획이다.

DME(디메틸에테르)는 다른 화석연료에 비하여 미세먼지 감축측면에서 95%를 감축하는 친환경 청정연료로써 미래 전기자동차나 수소전기차 시대를 대비하는 브릿지 연료(Bridge Fuel) 또는 수소생산용 연료로 활용될 것으로 기대된다.

DME를 사용하여 수소를 제조하는 개질시스템(Reforming System)은 천연가스 등 탄화수소 연료를 사용하는 경우와 비교해보면 개질온도가 낮은 저온으로 가능하다는 강점과 CO가스 농도가 낮아 소형화에 기여할 수 있고 DME 연료는 이송이 간편하다는 장점이 있어, 이 점을 착안하면 개질장치 또는 수소스테이션를 소형경량화하는 기술이 가능하여 수소스테이션 건설비용을 낮추어 수소사회에 보다 쉽게 접근할 수 있다. 

또한 DME는 독성이 없어서 독성이 있는 메탄올을 사용하는 경우와 비교하더라도 이용자 측면에서 볼 때 안전성이 뛰어나서 수소전기차, 수소연료전지 발전시스템에 매우 유망한 친환경연료라고 볼 수 있다.

모쪼록 이번 친환경에너지사회로 에너지패러다임을 전환하는 수소경제 활성화 로드맵에 따라서 다양한 수소생산 방법이 강구되어 2040년이후 세계 수소시장을 선점하는 계기가 되길 기대해보며, DME라는 연료로 수소경제에 활성화 하는데 작은 활력이 되길 희망한다.