상용급 액화수소 플랜트 전 세계서 62개소 운영

대형 트럭, 선박 활용 위해 액화수소 기술 개발 필수

미국, 독일 등 글로벌 기업 기술선점 우려

전 세계적으로 액화수소 생산시설은 2021년 기준 상용급 액화수소 플랜트 62개소가 설치 운영 중에 있으며, 미국(Air Products, Praxair), 독일(Linde), 프랑스(Air Liquide) 글로벌기업들이 상용화 기술 확보를 통해 세계시장을 선점하고 있는 실정이다.

반면, 국내에서는 아직까지 액화수소충전소 구축 및 운영 사례는 존재하지 않은 상태이다.

액화수소 플랜트 및 충전소의 핵심부품은 극저온 액화수소(-253℃ 이하)를 상압(2~5bar) 조건으로 저장하는 탱크와 상압의 액화수소를 고압(900bar 이상)으로 올려 주는 펌프, 액화수소를 기체수소로 전환해 주는 기화기(전기식, 대기식 등), 액화수소 공급 및 조절을 하는 밸브(자동/수동/체크), 가스누출 등 위험상황 발생시 가스공급을 중단하는 긴급차단장치, 수소가스 이상압력 및 BOG로 인한 압력 상승 발생시 가스를 방출하는 안전밸브 등으로 구성되어 있다.

우리나라는 2020년 7월 수소경제위원회에서 액화수소 플랜트 및 액화수소 충전소 보급 계획을 발표하였으며, 민간기업에서는 산업통상자원부의 규제샌드박스 승인을 받고 2022년부터 2025년까지 액화수소 플랜트 및 액화수소 충전소 구축을 추진하고 있다.

액화수소는 비점이 –253℃인 극초저온가스로 대기상태에서 지속적인 증발(기화)이 발생하며, 기화될 경우 약 800배의 부피팽창이 일어나 누출시 화재폭발 위험성이 존재하므로 액화수소 설비 및 핵심부품 등에 대한 안전성 확보가 매우 중요하다. 이에따라 미국 등 주요국은 액화수소 특수성을 고려하여 핵심부품과 시설의 성능평가 실증시험을 통해 별도의 안전기준을 개발하고 제도화하여 운영 중에 있다.

2025년까지 정부출연금 총 638억원 지원

국내의 경우 액화수소 플랜트/충전소 및 핵심부품 기술개발을 통한 상용화한 사례가 없고, 액화수소 핵심부품 및 안전기술 개발 경험이 부족한 상태이며, 국제 기준에 부합하는 한국형 안전기준도 전무한 상태로 정부의 연구개발 지원을 통한 안전기준 개발과 제도화가 시급한 실정이었다. 이에따라 산업통상자원부에서는 한국가스안전공사, 해외 글로벌기업, 국내 투자기업 등이 참여하는 액화수소 실증기준 개발 T/F를 구성하고 액화수소 전문가 자문위원회 및 워킹그룹 회의를 통해 액화수소 안전기준(실증기준) 27개를 마련였으며, 액화수소 핵심부품 및 시설의 안전성을 검증하기 위한 안전기술 개발과 실증시험을 통해 안전기준(KGS-Code)을 보완하여 제도화할 예정이다.

수소경제 활성화 로드맵 및 수소경제 이행계획과 연계한 수소 버스·트럭·선박 등 대용량 사용처에 안정적으로 수소를 공급하고 핵심부품의 국산화 개발 지원과 안전성 검증을 통한 국제 기준에 부합하는 한국형 안전기준 개발을 속도감 있게 추진하기 위하여 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원에서는 2020년부터 2025년까지 총 7개 과제에 대해 정부출연금 총 638억원을 지원할 계획이다.

연구과제별 기술개발 주요내용을 살펴보면 첫번째 액화수소 충전소용 저장탱크 및 수소공급시스템 개발 과제는 BOG 1.5%/day 성능을 갖춘 1Ton급 액화수소 저장탱크 및 충전·공급 기술개발/실증, 광역 수소버스용 연료전지시스템 내구성 확보 기술개발/실증, 기존 고압 기체수소 저장 수소충전소 전환기술 개발, 액화수소 저장탱크를 적용한 기체수소 가압방식의 수소충전소 구축 및 실증을 하는 것이다.

두번째 액체수소 운송을 위한 용량 3,000kg 액체수소 탱크트레일러 개발 및 실증 과제는 액화수소 이송용 탱크트레일러 및 관련 기자재 제작 국산화 기술개발, 액화수소 탱크트레일러 성능시험 평가 및 안전기준을 개발하는 것이다.

세번째 액화수소 충전소용 100kg/h, 90MPa급 극저온 왕복동 펌프 개발 과제는 극저온 펌프 Priming 온도 Cool-down time 최소화 및 순흡입양정(NPSH) 상승을 위한 펌프 인입부 설계기술 개발, 액화수소 고압펌프 구동을 위한 방폭형 유압식 Warm-end 설계/제작기술 개발, 액화수소 고압펌프 고성능 단열 설계 및 제작기술 개발, 고압 액화수소 펌프 실증 및 인증 기준을 개발하는 것이다.

네번째 액화수소 저장탱크/압력용기류의 진공단열 성능평가 기술/안전기준 개발 과제는 해외 저장탱크/용기/탱크로리 진공·단열 성능평가 안전기준 분석 및 시험방법론 개발, 저장탱크/용기/탱크로리 진공·단열 성능평가 기술 및 시험장치·공급설비 설계/제작 기술 개발, 액화수소 저장탱크/용기/탱크로리 진공·단열 성능평가 기술 환경시험 및 안전기준을 개발하여 제도화하는 것이다.

다섯번째 액화수소 핵심부품 성능검사 기술/안전기준 개발 과제는 극저온 액화수소 핵심부품 해외기준 조사 분석 및 유동해석 분석, 극저온 액화수소 환경시험 기반 핵심부품별 시뮬레이션 성능검증 해석기법 개발, 액화수소 핵심부품 안전 성능검사 환경시험 장치·설비 설계/제작 기술개발, 액화수소 핵심부품 성능검사 기술 환경시험 및 안전기준을 개발하여 제도화하는 것이다.

여섯번째 수소충전소 설계 및 운전 안전성 검증 사전 진단프로그램 개발 과제는 수소 충전소 시스템 분석을 통한 위험 요인 및 취약성 요소 도출, 수소충전소 설계/운전 안전성 검증 진단 시뮬레이션 개발, 수소충전소 운영 최적화 지원 공정 해석 프로그램 개발, 안전성 진단 및 공정해석 프로그램 성능검증 및 가이드라인을 개발하는 것이다.

일곱번째 액화수소 충전소 구축 연계 안전성 평가기술/안전기준 개발 과제는 해외 액화수소 충전소 안전기준 분석 및 공정시스템 설계 요구(안) 도출, 1,000Kg/Day 이상 액화수소 충전소 설계 및 구축, 실시간 시뮬레이션 기반 안전성/신뢰성 추정 기술 개발, 대용량 액화수소 충전소 운전·실증/안전성 평가 기술 및 안전기준을 개발하여 제도화하는 것이다.

한국형 안전기준 제정 통해 기업경쟁력 강화

국내에 액화수소 플랜트 및 액화수소 충전소 인프라 구축 기반이 조성되면 수소 버스·트럭·선박 등 대용량 사용처에 안정적인 수소공급체계를 구축할 수 있고, 액화수소 충전소는 기체수소 대비 낮은 공급·저장 압력(200∼900bar → 2bar)으로 안전성을 확보할 수 있으며, 기체수소 충전소의 동일용량 대비 설치비용을 45% 절감할 수 있을뿐만 아니라 수소를 10배(기체수소 300Kg→ 액화수소 3,000Kg) 이상 저장·운송이 가능하여 운송비용을 대폭 절감할 수 있을 것이다.

아울러, 액화수소 충전소 구축·운영시스템의 안전성을 확보함으로써 국민 불안감을 해소하고 국민 수용성 제고를 통해 수소 모빌리티 보급 확산을 촉진할 것이며, 국제 기준에 부합하는 한국형 안전기준 제도화로 글로벌기업의 국내 액화수소 시장 독과점을 방지하고 국내 기업의 경쟁력 강화를 통한 액화수소 산업 활성화에 기여할 것으로 예상하고 있다.