수소저장과 프로젝트들

 우리나라는 2030년 해외 생산 수소를 액화 또한 액상 형태로 수입하기 위한 계획이다. 이에 맞춰 조선업체 및 한국가스공사 등과 연구 및 기자재 국산화를 진행 중이며, LNG 인수기지 건설 기술 및 경험을 바탕으로 액화수소를 우선 추진할 계획이며, 2050년 실증 선박 건조, 2030년 시험운항 및 상용화를 목표로 개발을 진행 중이다. 액화수소의 경우 극저온(-253℃) 저장을 위한 단열기술이 핵심이다. 암모니아 등 액상은 현재 기존 선박으로도 가능하다. 일본은 이미 호주로부터 액상 수소를 도입하기 위한 첫 번째 선박이 올해 중 출항할 예정이다.

 

 중장기 수소 저장에 있어 액체 수소 중요성 높아질 것

수소 저장은 고체, 기체 및 액체 저장으로 나눌 수 있으며, 운송 방법과 밀접하게 연계되어 있다. 기체 저장일 경우 기체 운송, 액체 저장일 경우 액체 운송으로 연계되는 것이 일반적이다. 기체 저장이 가장 보편적인데, 고압하에 안전하게 저장하는 것이 핵심이다. 용기는 금속 재질을 사용하다 향후 탄소섬유 복합재와 같은 비금속 재질을 통해 강도를 높이게 될 전망이다. 특히, 탄소섬유의 경우 일본이 독점 중이지만, 향후 효성 첨단소재를 통해 국산화가 가능할 전망이다. 효성 첨단소재는 현재 CNG용 탱크를 제직 중이지만, 향후 수소차용 저장용기, 나아가 대용량 저장용기까지 국산화를 기대한다.

 액체 수소는 동일 압력에서 기체수소기체 수소 대비 800배의 체적 에너지 밀도를 갖게 되기 때문에 단위 부피, 단위 무게당 저장밀도가 가장 높다. 기체 수소 대비 부피 1/800, 운송비용 1/10으로 평가된다. 또한, 대기압에서 저장이 가능하고, 저장용기의 안전성 부분에서 장점이 있으며, 낮은 온도 기존 고압 기체 수소에 비해 폭발 위험성이 낮다. 사용 시에도 단순 기회만으로 즉시 활용이 가능하다. 따라서, 중장기적으로 액체 수소 중요성이 높아질 전망이다. 우리나라에서는 하이 라움 산업에서 기술을 확보하고 있다.

 

 일본 HySTAR 프로젝트 : 갈탄에서 생산한 수소를 액화하여 수입

우리나라와 유사하게 재생에너지 자원이 충치 않은 일본은 해외에서 수소를 생산하여 수입하기 위해 생산과 수송부분에 많은 투자를 진행하고 있는데, 지금까지 알려진 대부분의 수송 부분 기술을 시험 중이다.

 일본은 호주 빅토리아에 매장된 갈탄에서 수소를 생산하여 수송하는 프로젝트를 2030년 상용화를 목표로 계획 중이다.  J파워(호주 현지 갈탄에서 수소 추출, 가스화 플랜트), 이와타니산업(수소액화 및 탱크 저장, 유통), 가와사키중공업(액화 수소 수송선 개발), 쉘 재팬(해상운송 담당) 등 4개사 공동으로 2016년 설립한 HySTAR(CO2-free Hydrogen Energy Supply-Chain Technology Research Association)가 2019년 7월 파일롯 프로젝트를 시작했다. CO2 발생 지역이 바뀐 것뿐이며, 비록 탄소 포집 장치(Carbon Capture Storage)를 사용하더라도 다양한 환경 문제를 낳을 수 있다는 비판을 받고 있다. 이러한 비판에도 최근 일본은 세계 최초로 액화 수소를 수송할 수 있는 선박을 진수하였다. 이름은 "Hydrogen Frontier"이며, 가와사키 중공업이 고베 조선소에서 제작하였으며, 요량은 1,250㎥이다. 향후 일본의 에너지 목표를 달성하기 위해 160,000㎥ 사이즈의 액화 수소 수송선이 필요할 것으로 전망된다. 이 배는 2020년 하반기 호주로부터 첫 수소를 수송할 계획이다. 향후 충분한 인프라가 갖추어질 경우 녹색 수소를 수입할 수 있게 될 것이다.

 

 일본 SPERA 프로젝트 : 액상 유기 화학물질인 MCH 구현

일본 치요다, 니폰 유센, 미쓰비시, 미스 이등 4사는 NEDO의 편당을 받아 AHEAD(Advanced hydrogen Energy Chain Association Development)라는 수소에너지 체인 기술 연구조합을 결성하였다. 이를 통해 브루나이에서 생산한 천연가스의 LNG 액화기지에 치요다 화공 건설이 수소화 플랜드시설 건설, 천연가스에서 수소분리, 니폰유센이 선박을 이용하여 일본으로 2020년부터 수소 수송을 개시할 계획으로 진행 중이며, 실증단계에서 4만대 분(210톤/년)의 수소가 공급될 예정이다. 특히, 치요다 화공건설이 현지에 건설한 수소화 플랜드에서 천연가스 추출수에 톨루엔을 첨가, 액상 MCH로 변환하여 일본으로 수송하고, 일본에서 하역 후 가와사키 탈 수소 플랜트에서 다시 수소로 전화하여 가스터빈 발전의 연료로 사용할 예정이다. AHEAD는 이 데모 프로젝트를 통해 이미 세계 최초로 해외에서 생산한 수소를 국내로 들어오는 성공 했다.