수소생산분야에 정부·지자체 과감한 투자 있어야
수소생산분야에 정부·지자체 과감한 투자 있어야
  • ㈜바이오프랜즈 조원준 대표
  • 승인 2019.09.05 09:58
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

[㈜바이오프랜즈 조원준 대표]

※ (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

우리와 동시대에 살고 있는 세계도처에서 지속가능하고 안전한 에너지 미래에 대한 청사진은 적어도 이 분야를 고민하는 각국 정부의 에너지담당자들과 에너지 생산자들과 에너지 소비자에게 다양한 솔루션을 제공한다. 

최근 우리는 태양광발전, 풍력발전에 의한 전력생산 비용이 정부보조금이 존재하고 있지만, 화석연료에 의한 전력생산비를 따라 잡는다고 거리낌 없이 얘기하고 있으며, 전력저장시스템과 재생에너지원에 대한 개발과 필요성을 당연시 하고 있는 시대를 살고 있다. 

테슬라로부터 촉발된 전기자동차는 대중화하는데 성공하여 승용차 업체의 전기자동차의 생산과 소비자층의 수요가 빠른 속도로 증가하고 있음을 통계를 통하여 알 수 있다. 

이러한 청정에너지로의 에너지전환은 각국의 에너지 정책 전환과 기술 혁신에 의한 것으로 전 세계 청정에너지 산업 부흥에 시발점이 되고 있다. 

국내의 경우 재생에너지로 가장 많이 보급되고 이제는 시장에서 포화상태라고까지 하는 태양광발전사업은 여전히 성장동력을 잃지 않고 있으며, 수소에너지에 대한 관심과 정부와 지자체의 지원이 예년과는 비교가 안 될 정도가 되었다. 금년 1월에 산업통산자원부에서 발표한 “수소경제 활성화 로드맵‘에 따라서 지금까지 다양한 정부주도의 사업들이 집행되고 있으며 추경예산으로 미세먼지 저감이나 국가 소재개발 국산화 개발 명목으로 재생에너지에 배정된 예산중 수소에너지 분야가 크게 자리잡고 있다.

이러한 시점에 몇가지 수소경제 활성화로 전환되는 과도기에 기술적 관점과 우리회사와 같이 투자를 유치하는 업체 입장에서 수소사회의 진입하기 위한 효과적인 몇 가지 방안을 제안하고자 한다. 

먼저 수소에너지는 다양한 방식으로 다양한 원료로부터 생산될 수 있어서, 가장 가깝게는 천연가스(LNG), LPG, DME등과 같은 화석연료로부터 추출하는 추출수소와 석유정제나 화학비료 생산될 때 잉여의 부생가스로부터 정제된 부생수소등이 있다.

전 세계의 약 7000만톤의 수소생산량중 천연가스에서 수소를 제조하는 방법이 70%를 차지하고 있으며, 전세계 천연가스 사용량의 6%를 차지한다. 

천연가스로부터 수소를 생산하는 경우에는 천연가스 원료비가 수소 생산단가를 크게 좌우한다. 특히 일본, 중국, 한국 등과 같이 천연가스를 수입하는 나라는 액화천연가스(LNG) 가격이 수소생산비용에 크게 영향을 미친다. 

한국가스공사에서 발표한 자료에 의하면 일 600kg을 생산하는 On-site형 수소충전소를 구성하는 수소추출용 개질기, 압축-저장-충전판매에 이르는 전과정이 최소 50억원이 소요된다고 한다. 

천연가스에서 수소를 제조할 경우 일 1톤 또는 2톤의 대형 수소생산단지를 구성하여 설치비용(CAPEX)를 줄이고 대형으로 판매하는 전략이 필요한 대목이다. 

다만 수소충전소를 CNG차량 차고지나 전국망에 있는 공급관리소등에 설치하는 방안은 수소유통상 또다른 추가비용이 발생하기 때문에 천연가스로 수소를 제조하여 소비자에 접근할 때는 이러한 진입장벽을 낮추는 노력이 필요하다.

천연가스와 마찬가지로 국내에서 800만톤 시장이 있는 LPG를 이용하는 방법이 있겠다. LPG도 천연가스(LNG)와 유사한 가격구조를 가지고 있으나 탱크로리로 쉽게 이송하는 장점으로 수소생산을 위한 수소캐리어원료로 매우 유망한 연료중 하나이다.

LPG의 경우 프로판(C3)과 부탄(C4)를 메탄화하는 공정이 필요하며 탄소침적을 최소로하는 개질기 개발이 필요하기 때문에 기술개발과 촉매와 같은 핵심기술이 더더욱 요구된다. LPG의 경우 충전소가 국내 1700개소가 존재하기 때문에 이를 이용한 인프라로부터 수소를 생산하는 융복합충전소는 매력있는 수소유통구조에 해당한다. LPG를 이용한 수소공급망은 개질시스템의 설치비를 낮추고 안정성 확보하는 방안으로 수소공급에 적합한 연료라고 판단된다.

LPG와 유사한 DME(Di-Methyl Ether)의 경우, 메탄올의 유도체로써 LPG와 같이 수소캐리어로 활용이 가능하며 탱크로리로 이송하여 수소충전소에 공급되기 때문에 아주 유리한 수소유통구조를 제공한다. 특히 천연가스(LNG)와 LPG는 고온에서 수소를 생산하기 때문에 특수강을 사용해야하며 복잡한 공정으로 설치비용이 크지만, DME는 낮은 온도에서 수소를 생산하는 장점 때문에 최근 일본과 북미를 중심으로 활발히 개발중에 있다. 

국내에서도 (주)바이오프랜즈에서 DME를 이용한 수소충전사업을 추진 중에 있다. DME를 탱크로리로 운송하고 DME-수소충전소에서 수소생산시 자체 평가와 설계기술을 기반으로 산정할 경우 일 600kg 수소충전소 설치비용은 약 40억원, 수소판매비용은 7000원/kg 수준으로 매우 경제성이 있다고 판단된다. LPG충전소를 활용하여 DME를 원료로 하는 수소충전소사업을 진입하는 목적이 되겠다.

국내 축산농가나 유기성 폐자원을 활용하여 수소를 제조하는 방법은 재생에너지를 활용한다는 측면에서 매우 유용한 자원순환 방법중 하나이다, 도심에서 떨어져 있는 시설로 농가의 축산분뇨나 음식물(생활) 폐자원으로 발생하는 바이오가스로부터 수소를 제조할 경우 인근 농가나 소도시에 수소연료전지 분산발전으로 활용하는 방법이 더 경제성이 있다고 판단되며, 수소로 전환하기 위하여는 메탄올이나 Crude DME와 같은 형태로 간단히 전환하여 수소충전소로 이동후 개질하여 판매하는 유통구조를 갖는 것이 필요할 것이다.

간단히 화석연료부터 수소를 제조하는 방안에 대해서 언급하였으나, 수소제조 과정에서 온실가스인 CO₂를 생산하기 때문에 탄소포집이용기술(CCU: Carbon Capture Utilization)이 필요하다. 그러나 마지막으로 언급한 바이오가스로부터 생산되는 수소는 재생수소(renewable hydrogen)으로 각광을 받을 것으로 보인다. 

탄소자원화를 위한 많은 기술개발이 되고 상용화 실증단계에 있는 시점에서 메탄가스와 CO2로 구성된 바이오가스로부터 탄소자원을 이용할 경우 환경친화적인 수소제조가 될 것으로 보인다. 이는 우리나라와 같이 자원이 부족한 나라에서도 자체 발생하는 재생자원으로부터 수소에너지를 공급하는 최상의 방법이 될 것으로 기대된다. 

최근 수소경제 활성화에 따라서 관련 기업체에서 적극적으로 나서고 있으며 SPC가 설립되어 활발히 수소사회로 전환하려는 노력이 눈에 띄게 활발해졌으나, 수소사회 또는 수소경제 활성화가 구호로 그치지 않고 우리사회에 절실히 필요하다면 수소사회에서 마중물역할을 할 것으로 기대되는 수소생산분야에 정부와 지자체의 과감한 투자가 절실히 요구되며, 천연가스(LNG), LPG, DME, 바이오가스등 다양한 원료로 기술개발과 안정화를 위한 정책자금을 지원해야하는 필요성이 있다. 

향후 5년에서 10년이내에는 재생에너지원으로부터 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 수전해기술이 더욱 안전하게 기술개발되어 각종 규제에서 자유로워질 때까지는 화석연료중 친환경연료인 천연가스(LNG), LPG, DME와 바이오가스등으로부터 수소를 제조하는 현실적인 방안을 제안했다.

수소는 지구환경을 보존하고 미세먼지와 같은 환경 유발물질이 없으며 재생에너지원으로부터 생산되는 수소는 자원순환 기능을 갖는등 순기능이 많은 에너지원이다. 수소연료전지의 원료로 청정 분산발전이 가능하며 주민들과 소통하는 발전시스템으로 미래에 핵심적인 역할을 할 잠재력이 높은 에너지원으로 국가 경쟁력 제고에 필수적인 기술사업이다.

정부와 지자체 주도로 2022년까지 또 그 이후에도 중단없이 수소생산, 유통, 판매, 활용을 체계적으로 발전시켜서 빠른 에너지전환으로 국민의 신뢰를 받는 수소에너지가 탄생되기를 희망한다.