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[연재] 일본의 수소시장 ②기술력을 바탕으로 한 인프라 정비
제어기술·노하우로 수소충전소 구축 공헌
강동수 일본특파원  |  kangtaro@hanmail.net
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[1465호] 승인 2020.12.17  23:12:08
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[가스신문=강동수 일본특파원] 2050년 CO₂ 제로 선언과 함께 수소 사회 실현을 목표로 일본에서는 각종 수소 인프라 및 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 이에 ‘①수소 대량 도입을 위한 시동 ②기술력을 바탕으로 한 인프라 정비 ③수소충전소를 뒷받침하는 기기메이커’의 연재를 통해 현재 일본에서의 수소에너지 보급 확대 노력과 진행 상황을 종합해 보고자 한다.
   
▲ ① 최신형 디스펜서 ‘NEORISE’

일본 수소디스펜서 제조사인 도키코 시스템 솔루션즈는 2002년부터 수소충전소의 설계, 시공 등 토털엔지니어링 업무 및 유지 보수를 실행해 왔다. 일본 내 점유율 1위의 CNG디스펜서로 축적된 제어 기술과 노하우를 수소 충전기에 활용해 수소 충전 프로토콜에 대응한 고신뢰성, 고정밀도의 안정성이 제품의 강점으로 꼽히고 있다.

수소 충전 프로토콜이란 차량용 고압수소용기에 안전은 물론 효율적으로 수소를 충전하기 위한 온도나 압력 등의 충전 제어 조건(규격)을 말한다. 수소 디스펜서가 압력과 외부 온도를 측정하면서 프로토콜의 압력 상승 목표에 따라 차량에 압축 수소를 충전한다.

도키코의 최신형 수소 디스펜서 ‘NEOR ISE’는 자사에서 개발한 코리올리 유량계를 조합해 고정밀도의 계측 성능을 자랑한다. 만일, 노즐을 장착한 채로 차량이 출발하면 호스를 분리하고 긴급 차단하는 커플링과 노즐을 상부에 매달고 낙하 시에 손상을 저감하는 셀프 암 등을 장착하고 있다. 수소충전소 내에 압축기용 축압기가 조합 가능한 패키지를 구성해 설치 공간과 시간을 줄일 수 있다.

앞으로 대형 연료전지 트럭 보급 확대가 전망됨에 따라 아시아를 중심으로 해외시장에의 전개도 계획하고 있다.<사진 ① 참조>

셀프 수소충전소 시스템 구축
관련법령 규제 완화에 대응

일본의 수소충전소 설치법령 규제 완화에 따라 올해 원격감시형 무인 셀프 충전소의 설치가 가능해졌다. 아직 기술 기준은 확립되지 않았으나 다츠노는 운전자가 안전한 셀프충전이 가능하도록 기기 개발에 주력하고 있다.

다츠노의 디스펜서는 노즐이 낙하방지 암으로 노즐이 떨어져도 지면에 닿지 않게 해 충격으로부터 노즐을 보호한다. 셀프 충전 시의 순서를 표시하는 터치패널석의 POS(판매시점 정보관리 시스템)를 디스펜서에 내장하고 주문에서 충전까지 모든 조작을 디스펜서에서 완결할 수 있다.

다츠노는 앞으로 연료전지 자동차 증가에 대응하기 위해 1대의 디스펜서로 2대의 자동차에 동시 충전이 가능한 모델을 북미 사양에 라인업했다. 디스펜서 1대에 2개의 코리올리 유량계를 장착하고 노즐도 자사 개발품을 사용하고 있다. 노즐에는 차량과의 통신용 수광부가 장착돼 탱크 내부의 압력과 온도를 디스펜서로 보내 그에 따라 충전하는 수소의 유량과 승압률 등을 제어하고 단시간에 많은 수소를 충전하게 한다.

다츠노는 디스펜서 본체뿐만 아니라 유량계와 노즐에 대해서도 미국 안전기준에 기초한 인증도 취득 완료했다.<사진 ② 참조>

   
▲ ② 터치패널식 POS를 내장한 디스펜서

AI 이용한 고장 징후 감시로
돌발 사고 제로에 도전

콤팩트 수소제조장치 ‘HYSERVE’는 오사카가스가 축적해 온 고성능 촉매 기술을 기초로 한, 도시가스를 원료의 고순도 수소를 발생시키는 장치이다. 수소충전소와 공장 등의 현장에 설치하는 온사이트형 타입으로 가격과 설치 공간을 줄이는 특징이 있다. 오사카가스 앤 파워솔루션이 하이서브의 제조와 수소충전소에의 판매를, 공업용 판매는 오사카가스 리큐드가 담당하고 있다.

하이서브는 지금까지 수소충전소 11개소에 13대를 설치했다. 아울러 해외시장으로도 눈을 돌려 현대자동차와 라이센스를 공유하고 현대차는 한국 내 판매를 담당한다.

공업용으로는 금속가공업뿐만 아니라 반도체 등 전자 부품 제조 분야로도 판매를 확대하고 있다. 다양한 소비자의 의견에 따라 도입 비용과 도입 후 유지 비용을 절감하기 위해 지금까지 20년 가까이 유지 보수와 함께 리스 형태로 판매해 오면서 하이서브를 개선하고 신뢰성을 향상시켜 왔다.

오사카가스 에너지기술연구소의 협력을 얻어 AI를 활용해 지금까지 경험해 온 고장뿐만 아니라 앞으로의 고장도 감지하는 시스템 구축을 목표로 하고 있다.

이미 미경험의 부품 부정합을 발견한 사례도 있다. 앞으로 고장 징후의 감지 정도 향상을 도모해 나갈 예정이다.

오사카가스 리큐드는 수소 제조 능력 시간당 5N㎥ 타입을 단독 개발하고 1호기를 올해 7월부터 가동을 시작했다. 앞으로 소규모 공장에의 판매 확대를 위해 노력할 계획이다.<사진 ③ 참조>

   
▲ ③‘HYSERVE‘ 시리즈, 시간당 300N㎥ 타입

카본 뉴트럴 도시가스만
사용하는 도요스 수소충전소

도쿄가스는 도요스 수소충전소의 운영을 올해 초부터 본격적으로 시작해 9월 말까지 누계 2800대의 연료전지 버스 충전 실적을 올리고 있다.

도요스 충전소는 FC버스의 대규모 충전이 가능하고 주요 설비의 이중화, 무엇보다도 전량을 카본 뉴트럴 도시가스를 이용하고 있다.

수소 제조 장치, 압축기, 축압기, 디스펜서 등의 설비를 갖추고 압축기부터 디스펜서까지 공정을 2계통으로 해 FC버스를 2대를 동시 충전할 수 있고, 만일 한 계통이 고장나도 충전 업무를 계속할 수 있다.

축압기는 82㎫ 타입 6개, 40㎫ 타입 17개 2종류를 설치하고 효율적인 수소 제조와 긴급한 수요 변동에의 대응이 가능하다.

충전소의 설계・건설・운영은 도쿄가스 케미컬이 담당하고 있다. 2003년 개설한 센쥬 수소충전소 이래 지금까지 3개소의 수소충전소를 운용해온 노하우를 살려 독자적인 제어 기술을 사용해 충전소를 운용하고 있다.

연료로는 천연가스의 채굴부터 연소에 이르기까지의 공정에서 발생하는 CO₂를 환경보전 프로젝트로 상쇄된 카본 뉴트럴 도시가스를 수소충전소 최초로 채용했다.

아울러 충전소에서 사용하는 전기는 100% 신재생에너지에 의한 전력을 사용해 가스뿐 아니라 사용 전력까지 카본 뉴트럴화를 달성하고 있다.

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