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수소추출기 시장, 플레이어 진용 갖췄다

산업부 수소생산기지 구축사업에 참여 업체 늘어
분산형 50억 원, 거점형 80억 원 국비 지원
제이엔케이히터·원일티엔아이·현대로템 등 참여



[월간수소경제 이종수 기자] 정부는 수소전기차 확대에 따라 수소 수요가 오는 2022년 연간 2만9,150톤, 2030년 37만3,500톤, 2040년 101만4,500톤으로 대폭 증가할 것으로 전망하고 있다.   


정부는 이러한 수요에 대응하기 위해 천연가스 공급망과 연계한 거점형 중·대규모 수소생산기지와 분산형 수소생산기지를 중심으로 추출수소 공급을 지속 확대한다는 계획이다. 


한국가스공사가 주관하는 거점형은 LNG 인수기지, 정압관리소 등 천연가스의 대규모 유통 지역 인근에 1,000∼5,000N㎥/h의 중·대형 추출기를 구축하는 것이다. 분산형은 지역별 열병합발전소, PLB(보일러) 등 분산형 열원, 도시가스 배관망 등에 300N㎥/h의 소규모 추출기 2∼3기를 구축한다.    


특히 수소생산기지는 대규모의 수소 수요가 예상되는 수소전기버스 충전소와 연계해 구축된다. 


산업부는 오는 2022년까지 소규모(분산형) 수소생산기지 18개소를 구축할 계획이다. 한국가스공사는 2030년까지 거점형 수소생산기지 25개소를 구축할 계획이다. 2022년까지 거점도시 중심으로 9개소, 2025년까지 수요 증가와 설비 가동률 등을 고려해 6개소, 2030년까지 수소 수입 인프라 등을 고려해 10개소 등 총 25개소를 단계적으로 구축한다는 것이다. 

 

산업통상자원부는 수소생산기지 구축사업에 1개소당 분산형 50억 원, 거점형 80억 원의 국비를 지원하고 있다. 수소추출기 시장이 후끈 달아오르고 있다.  

 

수소생산기지 구축사업 본격화

산업부는 지난해 처음으로 지자체를 대상으로 수소생산기지 3개소를 공모한 결과 창원·삼척·평택을 최종 선정했다. 올해는 분산형 5개소, 거점형 2개소 총 7개소를 구축할 예정이다.    


산업부는 지난달 ‘2020년도 수소추출시설 구축사업’ 지원대상으로 소규모(분산형) 수소추출시설은 부산광역시, 대전광역시, 강원도 춘천시 총 3개 지역, 중규모(거점형) 수소추출시설은 광주광역시, 경남 창원시 총 2개 지역을 각각 선정했다. 나머지 소규모 2개소는 올 하반기에 공고할 예정이다.  




이에 따라 수소생산기지에 설치되는 수소추출기 기업들의 움직임이 빨라지고 있다. 국내외 수소추출기 기술 경쟁도 치열해질 전망이다. 국내 기술로 개발된 소규모 수소추출기의 경우 아직은 상업운전 경험이 없지만 기술적 완성도를 높인다면 언제든 해외 선진기술과 경쟁할 수 있을 것으로 보인다. 중규모는 당분간 해외 기술이 시장을 주도할 것으로 예상된다. 


관련 업계 등에 따르면 하루 1톤급 수소생산기지를 구축하는 창원과 삼척은 수소추출기 선정작업을 진행 중이다. 지난 5월 27일 기준으로 창원 수소추출기 입찰에는 제이엔케이히터와 원일티엔아이가 참여한 것으로 확인됐다. 삼척 입찰에는 제이엔케이히터, 현대로템, 원일티엔아이가 참여했다. 이 두 지역은 6월 중으로 수소추출기 공급·설치 사업자가 최종 선정될 것으로 예상된다.


한국가스기술공사가 구축하는 평택 수소생산기지는 하루 5톤 규모로 창원과 삼척보다 5배나 크다. 6월 중으로 수소추출기 입찰을 진행할 예정이다. 가스기술공사는 당초 1,300N㎥/h급 수소추출기 2기를 구축할 계획이었지만 3,000N㎥/h 1기로의 변경을 정부와 협의 중이다.


평택 생산기지의 경우 중규모로 아직 국내 기술이 없어 미쓰비시중공업, 린데, 말러 등의 해외 기업들이 입찰에 참여할 것으로 알려졌다.         

 

기업 움직임 활발

산업용 가열로 전문기업 제이엔케이히터는 정부 R&D 과제를 통해 하루 250kg, 500kg급 상용 추출기를 개발했다.


첫 시험대는 서울 상암수소충전소에 설치된 수소추출기였다. 제이엔케이히터는 일일 150kg급 수소추출기와 수소전기차 충전압력을 700bar로 승압하는 압축·충전설비의 공급·설치사업을 진행했다. 수소제조 원료는 도시가스 80%, 바이오가스 20% 비율로 구성됐다.      


제이엔케이히터 측에 따르면 수소추출기가 설치된 이후 바이오가스 인입 압력 불안정성, 도시가스 저압 문제 등으로 인해 초기에 어려움과 시행착오를 겪으며 상업 오픈이 지연되어 왔지만 많은 부분의 개선·보완을 거쳐 2주 이상의 시범 충전(하루 40대)을 마치고, 6월 중순부터는 본격 상업운전에 들어갈 것으로 보인다.


제이엔케이히터가 상업운전을 통해 수소추출기 성능의 안정성을 입증할지 관심이 모아진다.   


강원도에 플라즈마 듀얼 방식의 250kg/day급 수소추출기를 공급하는 계약도 이미 체결하고 제작 마무리 단계에 있어 이의 운전 성능도 지켜볼 일이다. 이 수소추출기는 마이크로파 플라즈마 토치기술을 적용해 수소추출 시 배출되는 이산화탄소를 재사용함으로써 배출량을 절반으로 줄이는 기능을 갖추고 있다.   


또한 제이엔케이히터는 500kg급 수소추출기의 실증 운전에도 돌입할 예정이다. 지난 3월 창원시 성주충전소에 500kg급 수소추출기를 설치했지만 코로나19 사태로 인해 그동안 실증 운전을 미루어왔다. 코로나가 진정 국면에 접어든 지난 5월 2주 정도의 시운전을 마치고 6월부터 본격 실증 운전에 돌입할 예정이다.


제이엔케이히터는 1,000kg/day 이상급 수소추출기 개발에도 나선다는 방침이다. 수소추출기 생산 능력도 현재의 연간 5대에서 20대 규모로 확충할 계획이다. 


천연가스 생산·공급설비 전문기업 원일티엔아이는 한국에너지기술연구원 수소연구실 윤왕래 박사 연구팀이 개발한 수소추출기 기술을 이전받아 사업을 추진할 예정이다. 에너지기술연구원과 원일티엔아이는 지난 5월 18일 기술이전 계약을 체결했다. 


윤 박사팀은 지난 2017년부터 과기부 연구과제로 ‘하루 500kg급 시장 보급형 가압형 모듈화 고순도 수소생산 유닛(이하 ‘수소추출기’)의 설계기술’을 개발해 왔다. 




개발한 500kg/day급 수소추출기는 720시간 이상 운전 결과 시스템 효율 80%(HHV) 이상(개질 효율 77%, PSA 수소 회수율 90%), 수소 순도 99.999% 이상, 수소 내 CO 농도 0.2ppm 이하를 나타내며 안정적인 성능을 보이고 있다고 윤 박사는 전했다. 일본 오사카가스의 수소추출기 ‘HYSERVE’의 수소생산시스템 효율이 79%인 점을 고려하면 해외 선도기업의 기술에 뒤지지 않는다는 평가를 받고 있다. 


또 수소추출기 생산 가격은 10억 원 이하로 맞출 수 있을 것으로 예상하고 있다.  


윤 박사는 “500kg/day급 고순도 수소생산 스키드 유닛은 정부가 추진하고 있는 소규모 분산형 수소생산기지 구축사업에 능동적으로 대응할 수 있고, 가스공사의 거점형 수소생산기지를 위한 중형 개질(1,000N㎥/hr 이상) 시스템으로의 스케일-업을 위한 기반기술로도 활용할 수 있다”라며 “개발된 제품은 운전 시간이 늘어날수록 성능 안정성이 높아지고 있고, 비용도 경제적이어서 시장에서 좋은 평가를 받을 것으로 기대하고 있다”고 자신감을 보였다.       


최근 원일티엔아이와 함께 크게 주목을 받고 있는 기업이 바로 현대차와 수소전기트램을 개발 중이고, 수소충전소 EPC사업에도 진출한 현대로템이다.  


현대로템은 지난해 11월 일본 오사카가스의 수소추출기 기술이전에 대한 라이선스 계약을 맺고 수소생산기지 및 온사이트형 수소충전소 구축사업에 적극 참여할 계획이다. 




수소추출기의 설계·제작부터 시운전·유지관리까지 모든 과정의 기술이전을 받은 현대로템은 기술 국산화를 통해 최종적으로 20억 원 이하로 수소추출기를 공급한다는 목표다.


또한 하루 200kg, 640kg, 1,000kg급 이상 등으로 수소추출기의 포트폴리오를 다양화한다는 계획이다. 


기존 당진공장에서 완제품을 생산하고, 국산 수소추출기를 저렴하게 보급할 수 있도록 인천시가 추진하고 있는 수소융합실증단지에 리포머 등 부품·소재 분야 업체들을 육성할 계획이다.  


현대로템의 관계자는 “아직 국내 기술은 상용화되지 않은 상황이고, 자체적으로 수소추출기 기술을 개발하는 데도 많은 시간이 걸리기 때문에 수소경제 초기 시장의 빠른 안정화와 기술 국산화를 통한 국내 부품산업 생태계 육성을 위해 이미 시장에서 검증된 해외 기술을 도입하게 된 것”이라고 배경을 설명했다.  


트리신은 산업부와 방위사업청이 지원하는 민군기술협력사업으로 하루 320kg(150Nm³/h)의 수소를 생산할 수 있는 천연가스·LPG 겸용 수소추출기를 개발하고 창원에서 실증 운전 중이다. 


트리신은 LHV 기준 75~76%의 개질 효율과 고순도(99.999% 이상) 수소생산 등의 성능을 나타내고 있으며 500kg/day, 640kg/day급 수소추출기의 설계·제조도 가능하다고 밝혔다.   


선박 유해 산화물 저감 장치와 선박평형수 처리장치 개발·제조 기업 파나시아는 2년 전부터 기존 사업과 관련한 특허기술 등을 바탕으로 수소추출기 국산 기술을 개발해오고 있다. 


5Nm³/h를 시작으로 현재는 30Nm³/h의 설계·제작을 진행 중이다. 더 나아가 이번에 선정된 대전시의 수소생산기지 구축사업에 250Nm³/h급을 설치해 실증 운전할 예정이다.


파나시아는 지난 4월 대전시와 수소추출설비 공장 투자에 관한 업무협약을 체결한 바 있다. 오는 2022년부터 2025년까지 350억 원을 투자해 수소추출설비 생산공장을 설립할 계획이다.     


기술개발 및 안전관리 강화

정부는 수소추출기 국산 기술개발을 강화해나갈 계획이다. 지난해 10월 말 발표한 ‘수소 기술 로드맵’을 통해 오는 2025년까지 거점형 수소생산기지(1,000N㎥/h 이상)와 소형 온사이트 수소충전소(300~1,000N㎥/h) 구축을 위한 중소형 개질 수소생산 시스템 개발 계획을 밝혔다. 


한국가스공사는 ‘수소사업 추진 로드맵’에 따라 천연가스 개질기술 국산화를 위해 2022년까지 소형 리액터(Reactor) 개발 및 300N㎥/h급 SMR(증기 메탄 개질) 실증, 2030년까지는 대형 리액터 개발 및 3,000N㎥/h급 SMR 실증을 추진할 계획이다.




한편 정부는 지난해 10월 발표한 ‘수소 인프라 및 충전소 구축 방안’에서 온사이트(On-site) 수소충전소 보급을 위해 CCS/CCU 부착 시 수소추출기 구축비 지원을 2021년부터 검토할 예정이라고 밝힌 바 있다. 


지난해 12월 발표한 ‘수소 전주기 안전관리 종합대책’에 따라 수소생산기지가 중점적으로 관리된다. 수소추출설비는 고온에서 LNG를 열이나 수증기로 분해해 수소를 생산하는 공정 특성상 화재, 수소취성, CO가스 관리가 중요하기 때문이다. 


정부는 올 하반기에 추출기의 특성을 고려해 미국, 일본 등 해외 선진기준 및 국제기준(ISO) 수준의 국내 안전기준을 마련할 예정이다. 아울러 제품검사, 시공단계 안전성 평가, 운영 중 정밀진단 및 실시간 이중 모니터링 점검체계를 통해 안전기준 준수도 점검한다.  





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