[가스신문(2023.07.05)] [2023년 가스기술사 제언-7월] 수소산업 밸류 체인별 주안점과 관련기업 사례

코오롱생명과학 박선필 책임연구원(가스기술사회 사업기술이사)

수소 밸류 체인은 생산, 저장, 운송, 충전, 활용의 단계로 나눌 수 있다. 먼저 생산 측면을 보면, 생산 중 이산화탄소의 배출 여부에 따라 그레이, 블루, 그린 수소로 구분한다. 그레이 수소는 화석 연료로 생산한 수소를 말하며, 생산 과정에서 이산화탄소가 발생한다. 반면 블루 수소는 그레이 수소 생산 시 배출되는 이산화탄소를 포집하여 생산한 수소를 말한다. 아울러 그린 수소는 이산화탄소 배출이 없는 재생에너지로 물을 전기 분해하여 얻는 수소를 의미한다. 수소 생산 경제성과 환경 측면에서 볼 때, 단기적으로는 생산 비용이 비교적 저렴하면서도 이산화탄소 배출량이 적은 블루 수소의 생산량을 늘리는 것이 좋겠다. 아울러 장기적으로는 지속적인 설비 투자를 통해 그린 수소를 생산하는 방향으로 나아가는 것이 바람직하겠다.

수소 저장은 압력과 온도의 변화를 통해 기체, 액체 등 물리적 형태를 바꿔 저장하는 방식과 다른 물질을 첨가해 액상유기화합물로 변환·저장하는 방식으로 구분한다. 저장 상태에 따라 운송 방법이 달라지므로 이를 고려하여 각 상황에 맞는 저장방식을 선택해야 한다. 기체 상태의 수소는 튜브트레일러 또는 배관을 통해 운송한다. 이 중 튜브트레일러는 장거리 운송에 적합하고, 배관은 단거리 또는 특정 지역 내 운송에 적합하다. 액화수소는 탱크로리를 통해 운송할 수도 있다. 국가간 이동과 같이 대용량 장거리 운송 시에는 수소를 암모니아로 변환해 선박으로 운송하는 방식이 주로 사용되고 있다. 암모니아 형태로 운송할 경우 다시 수소로 변환하는 과정을 거쳐야 하므로, 장기적으로는 대형 액화수소 운반선을 개발할 필요가 있다.

이렇게 운반된 수소는 충전을 통해 소비자에게 공급된다. 충전소는 수소를 외부에서 공급받는 Off-Site 방식과 현장에서 공급받는 On-Site 방식이 있다. Off-Site 충전소는 배관을 통해 수소 생산지에서 충전소까지 수소를 공급하는 방식과 튜브트레일러를 통해 수소를 공급받는 방식이 있다. On-Site 충전소는 현장 공급 방식으로써 충전소 자체적으로 수소를 생산한다. 기존 LNG 배관을 활용, 기체 상태의 LNG를 수급 및 개질하여 수소를 생산하는 방식과 심야 전기를 활용해 수전해로 수소를 생산하는 방식이 있다.

수소는 운송, 산업, 건물, 발전 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 특히 운송에 사용되는 수소는 연료전지를 통해 전기에너지로 변환해 동력원으로 사용하는데, 자동차를 비롯해 선박, 기차, 비행기 등 다양한 운송수단의 에너지원으로 사용할 수 있다.

본 필자가 근무 중인 코오롱 그룹 역시 수소 사업을 적극 추진 중이다. 특히 코오롱인더스트리의 경우, 수소 사업이 본궤도에 올랐다는 평도 받고 있다. 30년 넘게 축적한 멤브레인 설계·제조 기술과 수소연료전지용 분리막 기술을 바탕으로 관련 사업을 확장 중이다. 대표 제품으로는 수분 제어장치가 있는데, 수소연료전지 내부에서 전기가 잘 발생되도록 습도를 조절해주는 장치이다. 2013년에 국내 최초로 양산 체제를 갖춘 후 현재는 세계 시장점유율 1위를 달성 중이다. 아울러 수소연료전지의 핵심 부품인 고분자전해질막 양산 설비도 국내 최초로 구축 중이다. 이 외에 코오롱글로벌은 물을 전기 분해하여 그린 수소를 생산하는 사업을 추진 중으로, 현재 충주시에 수소 생산 공장을 구축 중이다. 또한 코오롱글로텍은 탄소섬유와 에폭시를 활용한 수소 저장용 압력용기 사업을 진행 중이며, 코오롱플라스틱은 수소연료전지의 효율성을 증진하는 하우징 부품을 생산·공급 중이다.

그러나 현재 수소는 경제성을 이유로 대부분 석유화학 공정의 부산물이나 LNG로 생산되고 있어 탄소경제에서 완전히 벗어났다고 보기 어렵다. 또한 전기분해를 통해 수소를 얻는다 해도 화력발전에 의한 전기를 사용한다면, 이 역시 탄소경제에서 수소경제로의 전환이라고 말할 수 없다. 따라서 진정한 수소경제로의 전환을 위해서는 궁극적으로 재생에너지를 통해 수소를 생산하는 것이 필요하다. 또한 혁신 기술을 통해 화석연료의 공급체인에서 벗어나 수소를 주요 에너지 유통수단으로 사용해야 할 것이다. 아울러 이러한 전환을 위해 정부는 수소 관련 설비 투자와 정책 지원을 지속 실시하고, 기업은 수소 산업 밸류 체인별 강점을 찾아내 적극적으로 사업을 추진할 필요가 있겠다. 정부와 기업이 하나가 되어 수소산업 발전을 위해 노력하고 이를 통해 궁극적으로 대한민국의 탄소중립 시기를 앞당길 수 있길 기원하며, 이만 글을 마친다.

출처 : 가스신문(http://www.gasnews.com)