2015년 4월까지 최소 1000시간 가동 목표
대구WEC 행사 투입 FCEV에 수소연료 제공
대구에 50N㎥급 알칼리 수전해 방식의 수소스테이션이 준공돼 본격적인 가동을 시작했다.
지난 2일 대구시 북구 서변동에서는 수소스테이션 준공식이 열렸다.
이번 수소스테이션 건설은 대경광역경제권 선도산업인 ‘알칼리 수전해를 활용한 50N㎥/h급 수소스테이션 개발 및 실증과제’의 일환으로 추진됐다.
총 사업비는 28억원으로 이 중 정부가 21억원을 지원했으며 이엠코리아를 주관으로 포스텍, 경일대, 호서대가 사업에 참여했다.
이 사업을 위해 대구시와 이엠코리아는 지난해 9월 수소스테이션 건설 및 운영에 관한 사업협약을 체결하기도 했다.
이후 지난 2월 대구시와 한국자산관리공사의 부지임대 및 부산지방국토관리청의 하천부지 임대 등의 절차를 거쳐 5월 건축 및 고압가스 충전사업 허가를 받고 공사에 들어가 4개월 만에 완료했다.
알칼리형 수전해 장치는 100% 국산화
이 사업에서 이엠코리아는 대형 전해조 개발과 알칼리 수전해방식의 50N㎥/h 수소스테이션을 구축하는 역할을 담당했다.
이와 함께 포스텍은 알칼리 수전해용 가스켓과 전극기술 개발, 수소저장 압축 충전 메커니즘 확보 및 평가를, 경일대는 알칼리 수전해조 효율향상을 위한 요소기술 분석과 기포발생 저감을 위한 설계 환경조건 분석을 수행했다.
또한 호서대는 알칼리 수전해용 격막 기술개발과 효율향상을 위한 전극기술개발을 진행했다.
그 결과 95% 이상의 국산화를 실현했다.
수소스테이션은 수전해장치, 가스압축기, 압력용기, 디스펜서 등으로 구성돼 있는데 그 중 수소를 제조하는 알칼리형 수전해장치는 이엠코리아가 100% 국산화했다. 시간당 15 N㎥의 수소를 생산하는 수전해 스택 4개를 장착해 총 용량은 60 N㎥/h가 된다. 이는 국내에 있는 수소스테이션 중 최대 용량이다. 실제 운전은 50 N㎥/h에 맞출 계획이다.
수소의 순도는 99.99999%로 굉장히 높다.
40MPa의 압축기는 광신기계공업의 제품으로 이미 울산에 있는 수소스테이션에 적용된 사례가 있다. 또 압력용기는 엔케이텍에서 제작한 것으로 저장압력은 압축기와 동일한 40MPa이다.
70MPa로 압력을 더 높여 충전하기 위해서는 고압의 압축기가 필요한데 이 압축기는 독일제품을 적용했다.
외국에서 수입한 제품을 적용한 것은 고압 압축기 단 하나뿐이다. 일부 고압부 배관은 해외 제품을 사용하긴 했으나 국내 제품과 혼용해 향후 스테이션 건설 시 국산품으로 대체 가능할 것으로 보고 있다.
이엠코리아 측은 수전해 방식의 최대 장점은 연료전지 스택에 영향을 주는 물질을 전혀 생성하지 않는다는 점이라고 강조했다. 즉 연료전지자동차 수명에 영향을 주지 않는다는 것이다.
반면 화석연료 개질 방식이나 부생수소를 정제하는 방식은 미량의 CO가 존재해 연료전지 내구성에 영향을 미치게 된다는 설명이다.
또한 실증 연구논문에서는 이미 수전해방식이 개질방식보다 시설비 및 운영비를 포함한 비용 측면에서 훨씬 유리하다는 결론이 나왔기 때문에 북유럽이나 미국에서 주로 채택하고 있는 수전해 방식의 수소스테이션이 우선되어야 한다는 견해를 보였다.
고순도 수소·산소 공급이 과도기 사업모델
이번 수소스테이션은 2015년 4월 과제가 종료되기 때문에 이엠코리아 측은 과제종료시점까지 최소 1000시간을 가동할 계획이다. 아울러 연속운전 100시간도 목표로 하고 있다.
또한 수소와 산소를 지역 내 공급하기 위해 용기충전설비를 추가해 지역 내 충전소에 임대, 운영할 계획이며, 고순도의 산소와 수소를 용기형태로 저렴한 가격에 공급할 예정이다.
이엠코리아 관계자는 “수소연료전지차량이 보급되기 전까지는 고순도의 산업용 수소와 산소를 제조해 공급하는 수소플랜트 형태로 운영하는 것이 과도기의 신사업모델”이라고 설명했다.
한편 이달 13일부터 5일간 대구에서 열리는 세계에너지총회에서 현대자동차가 투싼ix 수소연료전지자동차 2대와 연료전지버스 1대를 지원할 계획이며 차량 충전은 대구 수소스테이션에서 이뤄질 예정이다.
이엠코리아㈜ 장봉재 전무(52)는 알칼리형 수전해 수소스테이션, 선박평형수 처리장치 등 회사 내 에너지사업을 총괄하고 있다.
“사업초기부터 국내 최대 규모의 수전해 수소스테이션을 상용화하자는 계획을 갖고 50N㎥/h급의 스테이션을 건설했습니다. 물론 제한된 예산 안에서 사업을 진행해야 하긴 했지만 실증용이 아닌 상용 스테이션으로 그 정도면 충분한 규모라고 판단했습니다. 아직은 국내에 연료전지차량이 많이 보급돼 있지 않기 때문에 지금으로선 하루 20대 정도를 충전할 수 있는 규모면 충분하다고 봅니다.”
장봉재 전무는 “사업을 진행하면서 어려웠던 점은 부지선정이었다”며 “수소스테이션을 건설할 적당한 부지를 찾는 일은 생각보다 쉽지 않았다”고 말했다.
다행히 대구시의 협조로 부지문제는 잘 해결되었고 부지사용 승인 후 개발심의를 받는데도 시간이 좀 걸리긴 했지만 이 또한 북구청의 지원으로 무사히 허가를 받았다고.
“가능한 2013대구세계에너지총회 개최 전까지 공사를 완료하고자 속도를 냈는데 시기적으로 장마철에 무더위까지 이어지는 때라 걱정했지만 다행히 대구에는 비가 많이 오지 않아 계획한 시점에 맞춰 공사를 완료할 수 있었습니다.”
그는 수소스테이션을 건설하면서 가장 신경을 쓴 부분은 바로 ‘수전해 장치’라고 강조했다.
“우리회사에서 만든 제품 중 최대 규모로 기존과는 완전히 다른 방식의 플랜트형 수전해 장치를 설계했기 때문에 부품을 고를 때나 메커니즘 설계에서도 더 많이 신경썼습니다. 향후 수백 N㎥급 수소스테이션 건설도 가능하리라 봅니다.”
한편 이엠코리아의 수전해 수소스테이션은 제주도와 부안 신재생에너지 테마파크에도 설치돼 있다.
두 곳의 가동현황에 대해 장 전무는 “제주도에 설치한 수소스테이션의 경우 2년 이상 약 1500시간 가동되고 있다”며 “우리제품은 압력이 낮아 부스터를 사용하던 방식을 유지하기 때문에 혹여 문제가 발생하지 않을까 걱정한 부분도 있는데 다행히 아직까지는 아무런 문제가 없다”고 답했다.
또 부안 신재생에너지 테마파크에 있는 수소스테이션은 현재 충전되는 연료전지차량이 없어 연료전지 시험용에 이용되고 있는데 이 역시 제주 수소스테이션처럼 부스터 문제를 우려해 자체 고압형으로 교체한 상태라고 덧붙였다.
“수소스테이션이 활성화되기 위해서는 우선 수소연료전지자동차가 많이 보급되어야 합니다. 그러려면 연료전지차량을 찾는 소비자들이 많아져야 하는데 결국 차량가격이 기존 내연기관 차량가격 수준으로 크게 떨어지고 내구성과 수명도 길어야 합니다.”
이와 함께 수소스테이션 구축비용 또한 더욱 줄여야 한다고 말한 장 전무는 “합리적인 수소제조방식을 택하고, 가스압축기 등 부품 국산화로 비용을 절감하는 노력도 필요한데 이를 위해선 초기 연료전지차량 보급 및 수소 인프라 구축에 대한 정부의 적극적인 지원이 뒷받침돼야 한다”고 강조했다.
또 그는 “지금으로선 더 큰 규모의 수소스테이션 건설에 대한 특별한 계획은 없지만 향후 수소스테이션 활성화 시점은 2020년경이 될 것으로 예상하고 있다”며 “이를 대비해 300N㎥/h급 수전해 수소스테이션 기술을 개발해야 한다”고 말했다.