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수소경제, 운송·저장·비용…다각적 방안 고려해야
김원정 기자|sanup20@kidd.co.kr
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수소경제, 운송·저장·비용…다각적 방안 고려해야

에이엠(AEM) 수전해 시장 전망 ‘청신호’

기사입력 2022-09-08 08:11:45
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[산업일보]
수소에너지를 다양한 적용처에서 활용하기 위해서는 자체적인 기술 개발을 통한 생산과 해외에서 생산한 수소를 저장, 운송해 활용하는 등 다각적인 방안이 검토되고 있다.

최근 개최한 국제수소컨퍼런스의 ‘수소 최신 기술 트랜드-패널토론’에도 산학연 전문가들이 다양한 의견을 내놓았다.

이번 토론에는 포항공과대학교 윤창원 교수를 좌장으로, 세바스티안 저스투스 스미츠(Sebastian-Justus Schmidt) 인앱터(ENAPTER) 대표를 비롯해 유병용 한국조선해양 상무, 문상봉 엘켐텍 대표, 김서영 하이리움산업 대표, 김명환 한국자동차연구원 수소연료전지연구센터장이 참여했다.

현재 대용량의 청정수소를 생산하기 위한 방법 중 수전해기술이 많이 거론되고 있다. 전해질의 종류에 따라 알칼라인(Alkaline) 수전해기술, 팸(PEM:Proton Exchange Membran, 고분자 전해질막) 수전해기술, 에이엠(AEM:Anion Exchange Membrane, 음이온 교환막) 수전해기술 등이다.
수소경제, 운송·저장·비용…다각적 방안 고려해야
(왼쪽부터) 김서영 하이리움산업 대표, 문상봉 엘켐텍 대표, 유병용 한국조선해양 상무

문상봉 대표는 에이엠시장의 비전을 밝게 내다봤다. 그는 “현재 팸을 하고 있지만 멤브라인 등이 개발되면 문헌 또는 관련 사업자들이 에이엠시장이 가장 좋을 것으로 보고 있다”라며 아직은 넘어야할 허들이 있지만 이러한 전망에 동의했다.

에이엠 수전해가 팸 수전해와 비교할 때 갖는 경쟁력에 대해 세바스티안 저스투스 스미츠 대표는 “가장 큰 경쟁력은 고가의 백금(Pt), 이리듐(Ir) 등이 필요하지 않다는 것”이라고 말했다.

에이엠 수전해 시 이리듐 등 고가의 자재가 들어가는 만큼 이를 적게 사용하거나 대체하려는 노력도 진행 중이다.

문 대표는 “2019년쯤에 이리듐 총량을 과거보다 1/10로 줄이는 기술이 개발됐고 이 기술을 현재 적용하고 있다. 물론 이상적인 이리듐 소요를 위해서는 현재보다 1/10 정도 더 줄여야 하는 과제가 있다. 하지만 이리듐을 완전히 대체하는 것이 문헌상에서는 보이지만 아직 어떤 기업도 이와 관련한 성공사례를 내놓지 못하고 있다”라고 했다.

이에 “이리듐 양을 줄여가면서 향후에 개발되는 비이리듐계를 사용하는 방향으로 전개될 것”이라며, “한국에서도 이리듐을 사용하지 않는 방향과 감소시켜나가는 방향의 두 축으로 연구개발(R&D)이 이뤄지고 있는 것으로 알고 있다”라고 덧붙였다.

청정수소 생산을 위한 수전해 시 소비되는 전력단가를 현재보다 낮춰야 한다는 것도 과제로 떠오르고 있다.

문 대표는 “수전해 기술을 좌우하는 것은 분리막이라고 생각한다. 에이엠 기술에 있어서도 분리막이 성능과 가격 등에서 많은 부분을 차지하는 것으로 알고 있다. 향후 분리막에 대한 기술 투자와 고효율 멤브레인 성능이 개선된다면 지금 걱정하고 있는 에너지 효율이나 카펙스(CAPEX) 등에서 원하는 목표치까지는 갈 수 있을 것”이라고 했다.

윤창원 교수(좌장)는 에이엠 수전해 등은 저온 수전해시스템로, 이 외에도 스팀을 이용해 700℃ 이상의 고온수전해기술도 있다며 대표적인 고온 수전해기술로 SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell, 고체산화물 수전해) 기술을 꼽을 수 있는데 이에 대한 국내 연구도 이뤄지고 있다고 했다.
수소경제, 운송·저장·비용…다각적 방안 고려해야
국제수소컨퍼런스의 ‘수소 최신 기술 트랜드-패널토론’에서 포항공과대학교 윤창원 교수(좌장)가 말하고 있다.

해외 수입한 수소 운송방안, 액화수소가 답?
해외에서 생산한 수소를 우리나라까지 운반할 때 기존의 LNG 운반처럼 장거리 파이프라인을 통한 운송이나 해상을 이용한 선박 운송 등 여러 의견이 제시됐다.

유병용 한국조선해양 상무는 “수소를 운송하는 방법은 파이프라인으로 운송할 수 있다. 그런데 지역적 여건이나 러·우크라이나 사태 등으로 볼 때 선박으로 인한 운송은 피할 수 없는 선택이 되고 있다. 하지만 선박은 제한된 공간 안에 에너지를 담아야 하기 때문에 기체보다는 액체 상태로 운송해야 한다”라고 했다.

수소를 액화한 상태로 운송하는 것은 다량의 수소 운반이 가능한 반면 냉매 비용이 많이 들어가는 단점을 안고 있다.

윤 상무는 “천연가스는 –163도로 액화가 가능했는데 수소는 LNG와 다르게 –253℃까지 낮춰야 한다. 이러한 온도를 유지하려면 더 낮은 냉매가 필요한데 LNG는 공기 중에 많이 있는 질소를 사용하면 되지만 수소는 사실상 헬륨을 쓸 수밖에 없다. 헬륨은 희박 가스이고 가격도 높다. 때문에 액화수소에 대해 어려움을 느끼고 있고 대안을 고민하고 있다”라고 언급했다.

이에 관한 대안으로 암모니아(NH3) 선박과 이산화탄소 선박을 들었다. 그는 “암모니아는 탄소가 포함돼 있지 않기 때문에 탄소중립 이행에 영향을 받지 않는다. 또한 LNG와 LPG와 같은 화석연료를 운송한 후에 실제 에너지 도입처에서 수소를 뽑아내는 방법이 있는데 이 중간 과정에서 이산화탄소가 배출된다. 이를 다시 액화시켜서 선박을 통해 옮기는 방안도 있다”고 제시했다.

김서영 하이리움산업 대표는 “액화수소는 –253도까지 낮춰야 하기 때문에 기술적인 난이도도 높고, 비용도 많이 들어간다. 하지만 아직까지 한국에 액화수소 인프라도 없다. 아직은 암모니아나 액화수소 등 운송 및 저장에 어떤 방법이 최적인지 논의하고, 검증이 필요한 시기”라며, 기술과 비용, 안전상의 문제, 환경 영향 등 다각적으로 고려해봐야 한다고 피력했다.

한편, 이 컨퍼런스는 고양시 킨텍스 9, 10A홀에서 개최한 수소전시회인 ‘H2 MEET’의 부대행사로 진행했다.
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