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블루・그린 수소충전소, CO2 문제 해결한다

추출 수소 생산과정서 이산화탄소 발생
2030년까지 블루・그린 수소충전소 100기 구축
2021년부터 온사이트 충전소에 CCUS 시설 설치
내년 수전해 수소충전소 1기 시범사업 추진

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[월간수소경제 이종수 기자] 부생가스나 천연가스에서 수소를 생산하는 과정에서 발생하는 이산화탄소 문제를 해결할 ‘블루·그린 수소충전소가 구축될 예정이다.  


정부의 ‘수소경제 활성화 로드맵’ 발표 이후 전국에서 수소충전소 구축이 한창 진행되고 있다. 지난 8월 말 현재 총 44기(연구용 8기 포함)가 구축됐다. 


정부는 올해 60여 기를 추가 구축해 총 100기, 오는 2022년까지 총 310기의 수소충전소를 확보한다는 계획이다. 


그러나 안전 우려, 지가 하락 등에 따른 지역주민 반대로 부지확보가 어렵고, 지자체 인허가가 지연되는 등 여전히 수소충전소 구축에는 많은 어려움이 따르고 있다. 


특히 부생가스나 천연가스에서 수소를 추출하는 과정에서 온실가스(이산화탄소)가 발생한다는 점이 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 수소를 그레이(Grey) 수소라고 부르는데, 통상 수소 1톤 생산 시 10톤 정도의 이산화탄소가 발생한다. 환경운동가들로부터 수소가 비난을 받는 최대 이유다.  


정부는 이미 ‘수소경제 활성화 로드맵’에서 부생수소를 수소경제 초기 수소 공급원으로 하고, 수전해 수소의 상용화 이전까지는 천연가스 추출수소를 주요 공급원으로 하겠다고 밝혔다. 이에 따라 대량의 수소를 사용하는 수소전기버스 보급에 대응하기 위해 현재 삼척・창원・평택 등지에서 천연가스에서 수소를 추출해 수소충전소에 공급하는 수소생산기지 구축사업이 진행되고 있다.


이러한 추출수소 생산 시 발생하는 이산화탄소 문제를 해결하는 것이 향후 시급한 과제로 떠오를 전망이다. 최근 역대 수해를 보인 국내에서도 기후변화의 심각성이 커지고 있기 때문이다.


블루・그린 충전소 구축 계획

정부가 이러한 환경문제를 해소하기 위해 블루(Blue) 수소와 그린(Green) 수소를 활용하는  충전소 구축을 추진한다. 이러한 내용은 지난 7월 1일 ‘제1차 수소경제위원회’에서 심의・의결된 ‘수소차・수소충전소 추진성과 및 향후 계획’에서 처음 나왔다.       


블루 수소는 천연가스 등 화석연료로부터 수소를 생산하되 이산화탄소 포집・활용・저장(CCUS: Carbon Capture Utilization and Storage) 기술을 이용한 수소를 말한다. 




그린 수소는 재생에너지를 통해 수전해로 생산되는 수소나 바이오매스로부터 생산되는 수소를 말한다. 


정부는 2022년까지 12기, 2030년까지 100기의 블루・그린 수소충전소를 구축한다는 목표를 세웠다.


환경부는 2022년 12기 중 11기는 블루 및 바이오가스 충전소로 채우고, 나머지 1기는 내년부터 수전해 수소충전소 시범사업을 추진한다는 계획이다.  


블루 수소충전소는 이미 설치된 온사이트(On-site) 수소충전소에서 발생하는 이산화탄소를 포집・활용할 수 있도록 CCUS 시설을 2021년부터 설치토록 한다는 계획이다. 포집한 이산화탄소를 판매해 추가 수익을 얻을 수 있어 수소충전소 경제성 개선에 도움이 될 것으로 기대하고 있다.


정부는 지난해 10월 발표한 ‘수소 인프라 및 충전소 구축방안’을 통해 온사이트 충전소에 CCS 및 CCU 설비 부착 시 수소추출기 구축비 지원을 2021년부터 검토한다는 계획을 밝힌 바 있다.   


그린 수소충전소의 경우 2021년부터 음식물 및 하수슬러지 처리시설 내에서 발생하는 바이오가스를 활용한 수소충전소를 구축한다는 계획이다. 바이오가스 수소충전소는 수소 운송비용이 발생하지 않아 경제성이 개선되고, 시설 내 여유부지를 통해 신속한 충전소 구축이 가능하다. 


2019년 기준 전국 유기성 폐자원 바이오가스화 시설 101개소 중 500kg/day의 수소 생산이 가능한 시설은 약 60개소로 예상된다. 


아울러 풍력・태양광 등 재생에너지의 잉여전력, 심야전력 등을 활용한 수전해 수소충전소 운영 모델을 마련할 계획이다. 향후 제주・새만금・안산 등 재생에너지 특화 지역을 중심으로 충전소를 확충한다는 것이다. 

 

바이오・수전해 충전소 실증사업 

이러한 친환경 수소충전소를 상용화하기에 앞서 바이오가스 및 수전해 수소충전소 분야에서 실증사업이 본격 추진되고 있다.  


먼저 지난해 착수한 ‘바이오가스 이용 수소융복합충전소 개발 실증사업’이 2021년까지 진행된다. 수행기관으로 선정된 고등기술연구원 컨소시엄이 사업을 진행 중이다. 컨소시엄은 주관기관인 고등기술원구원과 참여기관인 충주시・충북도・충북테크노파크・효성・비츠로넥스텍・서진에너지・산업연구원으로 구성됐다.   


이번 사업은 충주음식물바이오에너지센터에서 발생한 바이오가스를 이용해 하루 약 500kg의 고순도 수소(99.99% 이상)를 생산, 수소전기버스 등의 충전뿐만 아니라 지역 내 수소 활용처에 잉여 수소를 공급하는 마더 스테이션(mother station)으로 활용될 예정이다. 




정부는 그린수소 생산・공급을 위한 재생에너지 연계 수전해 기술개발 및 실증을 지원 중이다. 제주에서 풍력발전을 연계한 500kW 수전해 시스템의 실증을 올 하반기 완료하고, 2022년까지 3MW 수전해 시스템으로 확대할 예정이다. 


한국에너지기술평가원은 지난 8월 18일 ‘2020년 하반기 신재생에너지기술개발 사업 신규지원 대상과제’로 정부 출연금 140억 원 규모의 ‘그린수소 생산 및 저장 시스템 기술개발’ 과제를 공고한 바 있다. 이 과제가 바로 3MW 수전해 시스템을 개발하는 것이다. 


이 사업은 풍력발전을 활용하는 3MW 수전해 시스템과 2MWh 배터리저장시스템(배터리+수소)을 구축해 저장한 수소와 전기를 각각 수소전기버스와 전기차에 충전하는 실증을 하게 된다. 3MW 수전해 시스템은 그린수소 생산량 하루 50kg, 저장용량 600kg을 최종 목표로 실증을 추진할 예정이다. 실증을 위한 수소버스 충전소를 구축해 하루 최대 9대의 수소버스를 실증한다.   


이번 사업과 관련해 제주에너지공사, 한국중부발전, 현대차, 수소융합얼라이언스추진단은 지난 1월 ‘제주 그린수소 전주기 실증 프로젝트를 위한 업무협약’을 체결한 바 있다.   


한편 정부는 2030년까지 재생에너지와 연계한 100MW급 수전해 시스템을 개발해 수소를 대량 생산할 계획이다. 


울산과학기술원(UNIST)은 지난해 6월 과학기술정보통신부의 기후변화 대응기술 개발사업 과제인 ‘친환경 모빌리티용 태양광 수소온사이트 생산시스템 개발 실증사업(사업비 132억3,300만 원)’의  주관기관으로 선정돼 기술원 인근 국도에 태양광발전을 활용한 수전해 수소를 충전소에 직접 공급하는 시스템을 설치할 계획이다. 울산시는 동일부지 내 수소전기차 충전소를 건립하는 ‘복합수소충전 테스트베드’ 구축을 추진한다.

 

관련 기업 현황

블루 수소충전소 분야에서는 현대로템과 효진오토테크가 주목된다. 


올해 수소충전인프라 사업에 진출한 현대로템은 지난 2017년 현대차가 한국에너지기술연구원으로부터 기술이전 받은 CCU(Carbon Capture & Utilization: 이산화탄소 포집・활용) 기술을 온사이트 수소생산시설에 접목할 계획이다.  


플라즈마 탄소전환 기술을 보유한 장봉재 리카본코리아 대표(전 한국수소산업협회장)를 환경에너지사업 총괄 사장으로 영입한 효진오토테크는 이산화탄소 전환 장치인 건식 개질기를 통해 H2, CO 합성가스를 생산해 다양한 분야에서 고부가가치 화학 원료로 사용할 수 있는 수소·탄소 융복합 플랜트 사업을 추진하고 있다. 


아울러 캐나다의 수전해・연료전지 기업 하이드로제닉스의 차량·산업용 수전해 수소충전 패키지와 프랑스 아타웨이(Atawey), 일본 야마토(Yamato)의 지게차·바이크 등의 산업용 수전해 수소충전 패키지 보급도 추진하고 있다.  


이미 국내에서는 바이오가스 수소충전소가 구축・운영된 바 있다. 시설 업그레이드 공사로 인해 현재 미운영 중인 서울 상암수소충전소는 세계 최초로 매립가스를 활용한 바이오가스 기반 수소충전소이다. 




바이오가스 수소충전소 관련 기업으로는 에코바이오홀딩스와 제이엔케이히터가 대표적이다.


에코바이오홀딩스는 매립지가스·하수처리가스 등 바이오가스 정제기술을 갖고 있으며, 서울 상암수소충전소 위탁운영 경험을 보유하고 있다. 


개질형 수소제조장치 설계・제작능력을 보유한 제이엔케이히터는 캐나다의 바이오가스 정제 기업인 제벡(Xebec)과 협약을 체결하고 바이오가스 정제 관련 기술을 확보했다. 


천연가스 개질기 및 연료전지 전문기업인 에이치앤파워도 바이오가스 수소충전소에 관심을 보이고 있다. 수소충전소 구축기업 발맥스기술과 수소충전소 건설사업에 관한 협약을 체결하기도 했다. 


수전해 분야에서는 알칼라인 수전해 기술을 보유한 이엠솔루션이 이미 수전해 수소충전소 구축 기술을 확보한 상태다. 전북 부안군 새만금 신재생에너지 테마파크와 제주시 구좌읍(현대차), 대구시 북구 서변동 등 3곳에 수전해 수소충전소를 구축해 실증 운영한 바 있다.


이엠솔루션 외에도 엘켐텍과 수소에너젠이 국내 대표적 수전해 기업으로 꼽힌다.  


국내에 진출해 있는 린데, 에어리퀴드 등 글로벌 산업용 가스 업체들도 향후 국내 수전해 수소충전소 시장에 관심을 보일 것으로 예상된다. 




독일의 산업용 가스 전문기업 린데는 영국의 수전해 전문기업 ITM 파워의 지분 20%를 인수해 합작 벤처기업 ‘ITM 린데’를 올해 1월 공식 출범하고, 그린수소 사업에 본격 나섰다.


ITM 린데는 ITM 파워의 모듈형 PEM 수전해 기술과 린데의 EPC 전문성을 활용해 10MW 이상의 산업 규모로 글로벌 그린수소 솔루션을 제공하는 데 주력한다는 계획이지만, 린데가 수소충전인프라 구축사업을 벌이고 있는 만큼 ITM 파워의 수전해 기술을 활용해 국내 수전해 수소충전소 구축사업에 진출할 가능성을 점쳐볼 수 있다.  


프랑스의 산업용 가스 전문기업 에어리퀴드도 지난해 1월 캐나다의 수전해・연료전지 기업 하이드로제닉스에 1,800만 유로(약 230억 원)를 투자해 지분 18.6%를 인수함으로써 그린수소 사업에 진출했다. 


PEM 및 알칼라인(2000년 알칼라인 수전해 기업 인수) 수전해 기술을 보유하고 있는 하이드로제닉스는 유럽과 미국 등지에서 수전해 수소충전소 구축사업을 해왔고, 한국에 대한 수전해 수소충전소 솔루션 공급 의지가 강한 회사다.  


노르웨이 수전해 전문기업 넬은 수전해 수소충전소 솔루션을 활발하게 공급하고 있는 기업이다. 패키지형 수소충전소 구축업체인 H2Logic을 인수해 수소충전인프라 구축사업을 해온 가운데 지난 2018년 넬코리아를 설립해 한국 시장에도 진출, 수소충전소 구축사업을 활발하게 펼치고 있다. 




알칼라인 수전해 기술을 보유하고 있던 넬은 지난 2017년 미국의 프로톤(Proton)을 인수하며 PEM 수전해 기술도 확보했다. 수전해 수소충전소 솔루션을 보유하고 있고, 실제 한국 시장에 공급 의지가 강한 만큼 향후 국내 수전해 수소충전소 시장에 적극 뛰어들 것으로 전망된다. 


미국 수소트럭 업체인 니콜라에 총 1억 달러를 투자한 한화그룹은 미국에서의 수전해 수소생산 및 충전소 운영 등 수소 시장에 진출하는 방안을 검토 중이다.     


한화에너지는 니콜라 수소충전소에 태양광 발전으로 생산한 전력을 우선적으로 공급할 권한을 갖고 있다. 한화종합화학은 수소충전소 운영권을 확보한 상태다. 이 과정에서 한화큐셀은 수소충전소에 태양광 모듈을 공급할 수 있고, 한화솔루션 케미칼 부문은 수전해 기술을 자체 개발 중이다. 


한화의 최우선 타깃은 미국이지만 국내 수전해 수소의 상용화 시대가 본격 도래하면 국내 수전해 수소충전소 시장에 뛰어들 가능성을 예상해볼 수 있다.    


한편 일본의 경우 지게차용 수전해 수소충전소를 공항 등에 구축하고 있다.





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