일본 정부는 온실가스 배출량을 제로로 하는 목표를 들면서 이를 실현시키기 위한 에너지로 수소에 대한 관심이 높다. 스가 요시히데 수상은 중위원 예산위원회에서 “수소는 CO₂ 제로의 실현을 위해 대단히 중요한 열쇠가 될 것이다”라고 강조하며 “한편으로는 비용이 많이 든다는 과제가 있어 이노베이션을 통해 저가로 대량의 수소를 공급하는 공급망 구축이 중요하며 수소 이용을 촉진해 경제와 환경의 호순환을 만들어 나가겠다”고 밝혔다.

수소를 1회에 대량으로 수송할 수 있으면 비용 절감을 도모할 수 있다. 대규모의 수소 공급망 구축을 위한 실증 시험이 내년 초부터 실시된다. 가와사키중공업, 이와타니산업, 쉘재팬, J파워, 마루베니, ENEOS, 가와사키기선으로 구성된 기술연구조합 CO₂ 프리 수소공급망 추진기구 ‘HySTRA’가 일본 신에너지・산업기술종합개발기구(NEDO)의 조성금을 받아 실시한다.

HySTRA는 호주의 갈탄으로부터 수소를 제조해 액화한 후 일본으로 수송한다. 수소는 –253℃의 극저온에서 액화하면 체적은 800분의 1로 줄어 효율적인 수송이 가능하다.

가와사키중공업은 세계 최초의 액화수소운반선 ‘수이소 프론티아’를 지난해 12월에 건조했다. 고베공항도에는 액화수소 하역 실증 터미널 ‘Hytouch 고베’를 건설해 현재 시험운전을 하고 있다.<사진 ①, ② 참조>

세계 최대 수소제조시설
후쿠시마 연구필드‘FH2R’

일본 후쿠시마현 나미에마치에 신재생에너지의 남는 전력으로 수소를 제조하느 세계 최대급 P2G(Power to Gas) 프로젝트가 진행되고 있다.

도시바 에너지 시스템, 도호쿠전력, 이와타니산업은 올해 3월에 태양광발전을 이용한 세계 최대 수소 제조시설 후쿠시마 수소에너지 연구 필드 ‘FH2R’을 건설했다. 약 2만㎾의 태양광발전설비와 세계 최대급인 1만㎾의 수소 제조 장치 등을 설치했다. 시운전을 한 후 올해 7월부터 본격적인 가동을 시작했다.

신재생에너지 도입이 늘고 있는 가운데 전력 계통의 수급 조정용에 수소 제조장치를 활용한 연구를 한다. 태양광발전의 전기를 이용해 물을 전기분해하고 매시간 1200N㎥, 하루에 연료전지 자동차 약 560대가 사용 가능한 수소를 제조한다.

신재생에너지의 출력 변동을 동반한 전력 계통의 조정 요구에 맞춰 수소 제조량을 조절하고 전력 계통의 수급 균형의 조정과 안정을 도모한다. 한편 수소 수요량을 예측하고 제조・저장할 수 있으며 택지 내 탱크에 FCV 100대분의 수소를 저장할 수 있다.

NEDO는 나미에마치와 협정을 체결하고 지역에 설치된 순수소형 연료전지에 FH2R에서 제조한 수소를 6월부터 공급하고 있다.

나미에마치는 수소를 산업 진흥에 활용하기 위해 파이프라인을 통한 공급을 시행을 계획이다. 또한 땅 속에 매립하는 것이 아니라 전선처럼 공중에 설치해 비용을 줄이고 설치를 용이하게 할 계획이다.

경제산업성은 내년도 예산에 수소 사회 모델 구축 실증 사업에 약 800억원 정도를 계상해 놓은 상태이다. FH2R에서 제조한 수소를 공공시설, 역, 공장 등에 활용하게 하고 연료전지나 FCV 구입을 보조해 수소 사회 실현을 앞당기는 모델 구축을 도모하고 있다.<사진 ③ 참조>

브루나이로부터 상온서
컨테이너로 수소 조달

일본 치요다화학공업, 미츠비시상사, 미츠이물산, 일본유센 4개사가 설립한 ‘차세대 수소에너지 체인 기술연구조합(AHEAD)’은 올해 봄에 ‘유기케미컬하이드라이드법’이라는 수소 수송법을 이용하여 세계 최초로 국제적 수소 공급 실증 시험을 했다.

유기케미컬하이드라이드법은 수소와 톨리엔(메틸벤젠)을 결합시켜 메틸시클로헥산(MCH)이라는 물질을 만들고 이것을 ISO 탱크 컨테이너에 실어 일본으로 수송한다. 전용선은 필요 없고 기존 컨테이너선으로 수송할 수 있다. MCH는 액상으로 상온・상압에서 저장・운반이 가능하다. 탱크 안에서 기화하는 일도 없고 장거리 수송, 장기간 저장에 적합하다.

AHEAD는 MCH를 만드는 플랜트를 브루나이에 건설했다. 지난해 11월에 MCH를 처음 출하해 12월에 일본에 도착했다.

AHEAD는 실증 시험을 통해 해외로부터 안정적인 수소 수송의 실행성을 증명하고 수소 공급망의 기반 기술을 확립한다. 조합원 각사는 일본과 브루나이의 가각의 플랜트에서 취득한 각종 데이터와 실증에서 얻은 수소 수송 기술, 노하우 등을 살려 2030년 본격적인 상업화를 목표로 하고 있다.<사진 ④, ⑤, ⑥ 참조>

NOx 억제와 고효율로
발전용 수소수요 개척

앞으로 수소의 수요 확대를 도모하는 한편 발전용 연료로서의 활용을 위한 연구 개발도 진행 중이다.

NEDO, 가와사키중공업, 오바야시구미는 2017년에 고베시 포트 아일랜드에 실증 시험용 가스 터빈 코제너레이션을 설치했다. 수소와 천연가스의 혼합연소 외에 수소 전소로도 안정 연소를 확인하고 인근 시설을 대상으로 열전병합에 성공했다.

아울러 세계 최초로 드라이 로우 에미션(저질소산물)의 수소 전소 가스터빈 기술실증에도 성공했다. 미세한 수소 화염을 발생시키는 ‘마이크로 믹스 연소’를 가와사키중공업이 개발해 화염의 역류를 막고 연소의 안정성 확보 노력을 계속해 NOx 배출량의 억제와 고효율 발전의 양립을 실현할 수 있었다.

10월부터는 건식 수소 전소에 의한 열전병합 실증 시험을 개시해 환경부하 저감효과 등을 검증하고 있다.<사진 ⑦ 참조>