대구 수소스테이션 9월 준공예정…FCEV 20대/日 충전

세계 각국은 화석연료를 대체할 수 있는 미래에너지 기술을 개발 중이며 그 중 하나로 수소에너지분야의 연구도 활발히 진행되고 있다.

수소에너지의 궁극적인 목표는 태양광이나 풍력과 같은 신재생에너지원을 이용하여 생산된 전기에너지를 물의 전기분해를 통해 전기에너지로 다시 변환해 사용하는 것이다.

현재까지는 천연가스와 같은 화석연료의 개질 방식을 통해 수소를 생산하는 방식이 주를 이루지만, 우리나라를 비롯하여 세계 각국은 머지않아 현실화 될 수소에너지 시대를 대비해 많은 투자를 하고 있다.

이 중심에는 수소연료전지자동차가 존재하며, 운송수단의 연료로서 수소의 역할은 매우 중요하다.

수소 인프라 구축 필수

수송용 에너지는 전체 에너지원의 30%를 사용하는 중요한 에너지 소비처이다. 수송용 에너지원으로서의 수소를 이용하기 위해서는 수소스테이션의 개발을 통한 수소 인프라 구축이 필수이다.

수소인프라 구축의 핵심 기술인 수소스테이션의 수소제조 및 공급 방식에서 수증기 개질 방식(SMR)과 알칼리 수전해에 의해 제조되는 수소제조 단가를 수소가스를 제조하는데 필요한 설비, 설치비, 운영비 등을 놓고 비교해 보면 알칼리 수전해 방식은 1만8403원/㎏-H2, 수증기 개질방식은 2만1415원/㎏-H2로 알칼리 수전해 방식이 경제성이 있음을 알 수 있다.

■알칼리 수전해를 통한 수소제조방식과 수증기 개질 방식(SMR)을 통한 수소제조 단가

(출처 : 한국수소 및 신에너지학회 논문집(2011. 8), 제22권 제4호)

또한 물을 전기분해하여 수소를 얻는 수전해 방식의 수소스테이션에는 수소 외에 고순도의 산소가 수소량의 50%만큼 발생된다.

산업용 산소의 경우 유통거리나 사용량에 따른 차이가 있겠지만 순도 99% 47리터 용기의 경우 충전소에서 대리점 판매가는 3000원~5000원, 판매점 소비자가는 8000원~1만3000원 정도이며 순도 99.999% 47리터 고순도 산소는 소비자가가 15만원~16만원에 거래되고 있는 것으로 확인된다.

수전해장치에서 나오는 고순도 산소를 저순도 산소 가격으로만 유통하더라도 수소부가가치의 50% 정도는 차지하게 되어 수소스테이션 운영수익에 절대적인 영향을 미친다.

수전해 방식 통해 고순도 가스 생산

수전해 방식을 통해 제조되는 수소 및 산소는 순수 물만을 이용하므로 고순도 가스를 얻을 수 있다.

고순도 수소는 수소연료전지에 피독현상을 유발하는 일산화탄소가 전혀 없고 다른 환경오염물질도 없다는 점에서도 경쟁력을 갖는다. 발생된 수소는 운송수단의 연료로 사용되며, 발생된 산소를 별도의 정제장치를 통해 초고순도 가스로 생산해 산소를 필요로 하는 소비자에게 공급한다면 수전해방식의 수소스테이션 경제성 확보에 절대적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.

현대자동차가 수소연료전지자동차 양산을 시작한 지금 수소스테이션을 구축하는 것은 당연과제가 되었으며 수전해 방식, 개질방식, 튜브트레일러 방식 중 어떠한 형태의 수소스테이션을 구축할 것인가는 차치하고서라도 산업의 발전과 공급 방식마다 가지는 특징들을 고려해 수소스테이션을 보급해야하는 것은 시급하다.

수소인프라 구축을 위한 수소스테이션은 단기적으로 구축할 수 있는 기술이 아니다. 수소스테이션의 기술경쟁력 및 신뢰성, 그리고 기술의 안전성 확보를 위한 각 핵심요소 기술의 집중적인 연구개발이 필요하며, 수소에너지 산업의 시장 진입시기로 예측되는 2010~2020년에는 수소연료전지자동차에 수소를 공급할 수 있는 실용화 규모의 수소스테이션이 국내에 필요할 것으로 예상된다.

국내에 수소연료전지차량이 아직 본격적으로 보급되지 않은 시점에서 오는 9월에 완공 예정인 이엠코리아의 대구시 수소스테이션의 상용화 운전은 매우 중요한 기회라 할 수 있다.

하루 20시간 가동으로 수소연료전지차량 20대 정도를 충전할 수 있으며, 산소는 소비자가격으로 15만원에 고순도 47리터 산소용기를 80병정도 채울 수 있어 최종 소비자가격 기준으론 약 1200만원의 부가가치를 창출할 수 있게 된다.

다만 현재 고순도 산소 유통시장 규모가 크지 않은 관계로 가스 유통업체들과 고순도 산소 시장을 찾아 넓히는 과제를 해결해야 할 것이다.

수전해 수소스테이션만이 가지는 수소와 산소를 동시 제조한다는 것은 차량 충전용으로 활용하기 이전이라도 수소와 산소를 산업용으로 유통시켜 활용할 수 있는 사업기회를 제공하며 수소, 산소플랜트라는 개념을 도입해 경제성을 확보할 수 있다는 사실을 보여줄 수 있을 것으로 기대된다.

정부지원 및 관련업계 노력 중요

수소스테이션의 보급을 위해선 몇 가지 정부차원의 지원과 관련업계의 공동노력이 필요하다.

우선 수소에 대한 위험성이 과대하게 인식되고 있다는 점이다. 수소는 기체 중 가장 가벼운 기체로 누출이 일어날 경우 빠르게 확산하여 대기 중으로 방출되므로 누출, 축적되어 폭발하는 위험성은 모든 가스 중에 가장 낮다.

간혹 일어나는 LPG 폭발사고는 이 가스가 공기보다 무겁기 때문이라는 사실을 이해할 필요가 있다. 그리고 미래에는 태양광발전, 풍력발전과 같은 신재생에너지가 연료전지나 수소스테이션 기술과 함께 결합하는 융합산업으로 발전해나가야 한다.

궁극적인 인류의 에너지는 태양, 바람과 같은 자연에너지를 신재생에너지 기술과 결합해 활용하는 형태가 될 것이다. 그런 측면에서 현재 주택 및 건물지원사업으로 진행 중인 태양광 발전과 연료전지 보급사업은 단일 기술을 활용하고 있으므로 이를 융·복합 기술을 적용한 사업으로 전환시켜나가야 할 것이다.

즉 자연에너지→전기(태양광, 풍력발전 기술)→수소(수전해, 압축, 저장, 수소스테이션 기술)→전기(수소연료전지 기술)로 에너지가 순환되는 융·복합 기술로 완전한 에너지 자립형 그린빌리지, 그린시티를 구현하는 것이 궁극적 에너지 해결안인 것이다.