기후변화 대응 및 탄소중립의 중요성이 높아지면서 수소가 친환경 에너지로 주목받고 있습니다.
전세계 많은 국가들이 수소를 핵심 에너지원으로 사용하는 ‘수소경제 로드맵’을 구축했습니다. 이에 따라 글로벌 수소 생산시장도 2022년 약 201조 4,057억 원 규모에서 2025년까지 연평균 9.2% 성장할 것으로 전망[1]됩니다.
[1]출처 – 한국기계연구원 ‘수소 산업의 글로벌 기술 동향 및 정책 전망’
우리나라도 2019년 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 구축하고 2021년 ‘수소경제 성과 및 수소선도국가 비전’을 통해 블루수소, 그린수소 등 청정수소 생산량을 2030년 100만 톤, 2050년 500만톤까지 확대한다는 계획을 발표했습니다.
본격적인 수소 에너지 시대를 열어가기 위해 수소의 생산(Upstream)부터 저장‧유통(Midstream), 활용(Downstream)에 이르기까지 수소경제 전반을 아우르는 밸류체인 구축이 더욱 중요해졌습니다. 수소 생산 방법부터 저장‧운송 과정에 대해 알아보겠습니다.
블루수소? 그린수소? 생산 방식에 따라 달라지는 수소 이름!
수소는 원료 및 생산 방식에 따라 그레이수소, 블루수소, 그린수소, 핑크수소 등으로 나뉩니다.
부생수소와 개질수소는 ‘그레이수소’로 분류됩니다. 부생수소는 석유화학·제철 공정에서 부수적으로 발생하기 때문에 생산량을 늘리는데 한계가 있습니다. 천연가스를 이용한 개질수소는 대량생산이 가능하다는 장점이 있으나, 많은 양의 이산화탄소가 부산물로 생산된다는 점이 지적됩니다.
그레이수소의 한계를 보완한 것이 바로 ‘블루수소’입니다. 그레이수소와 생산 방식은 같으나 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술을 활용하여 제거하기 때문에 청정수소로 불립니다. 포집된 이산화탄소는 영구히 저장하거나 시멘트, 반도체 가스, 타이어 소재 등에 활용됩니다. 블루수소는 수소 산업 확대를 위한 가장 현실적인 대안으로 평가받고 있습니다.
천연가스를 열분해 기술로 만드는 ‘청록수소’는 메탄(CH4)이 주성분인 천연가스를 고온의 반응기에 주입해 수소와 고체 이산화탄소로 분해하여 생산됩니다. 생산 시 나오는 부산물은 다양한 제품의 소재로 활용됩니다.
태양광, 풍력 등 재생에너지에서 생산된 전기로 물을 분해해 생산한 ‘그린수소’는 생산 과정에서 이산화탄소가 배출되지 않아 궁극의 청정에너지로 주목받고 있습니다. 그러나 국내에서는 수전해 생산설비 및 재생에너지 부족 등 그린수소를 대량 생산하기에는 아직 경제적·기술적인 한계가 존재합니다. 물론 해외에서 생산된 그린수소를 국내로 수입해 오는 방법이 대안이 될 수는 있습니다.
이외에도 재생에너지가 아닌 기존 전력망을 통해 물을 분해하여 생산하는 수소는 ‘황색수소’, 원자력발전을 통해 생산된 전기로 물을 분해해 생산하는 수소는 ‘핑크수소’ 라고 부르기도 합니다.
기체‧액체‧화합물까지…다양한 형태로 저장되는 수소
수소를 저장하는 방법으로는 기체 상태인 수소를 압축하여 저장하는 ‘기체 저장’, 수소를 극저온(-253℃) 상태에서 액화해 저장하는 ‘액체 저장(액화수소)’, 암모니아 등 다른 화합물로 변환시켜 저장하는 ‘화합물 저장’ 등이 있습니다. 현재는 기체수소를 고압으로 압축해 고압 전용 탱크에 저장하는 기체 저장을 보편적으로 활용하고 있습니다.
수소상용차 확대 등 수소 활용이 늘어남에 따라 대용량 수소 저장 방법으로 기체수소에 비해 부피가 작고, 저장 용기의 안전성도 높은 액체 저장이 대안으로 떠오르면서 주요 기업들은 기체수소를 액화시키는 액화 수소 플랜트 건설 및 핵심 설비 마련에 주력하고 있습니다. 정부도 2023년까지 290억 원을 투입해 ‘상용급 액체수소 플랜트 핵심 기술 개발 사업’을 진행하고 있습니다.
부피는 줄이고, 안전성은 높인 액화수소
기체, 액체 등 수소의 물리적 상태에 따라 수소 운송 방법도 달라집니다. 기체수소는 장거리 수송 시 튜브트레일러, 단거리 혹은 특정 지역 내에 수송 시 파이프라인을 통해 운송합니다. 이 경우 지하에 수소 운송관을 설치해야 하기 때문에 초기 구축 비용이 높은 것이 단점입니다.
액화수소는 기체수소에 비해 부피가 1/800로 작기 때문에 더 많은 양을 유통시킬 수 있으며, 수송 비용도 상대적으로 낮습니다. 예를 들어 기체수소로 운송 시 한 번에 수소 200kg을(버스 약 13대분 분량) 운송한다면 액화수소는 수소 2,500kg을(버스 약 170대 분량) 운송할 수 있습니다. 효율성이 높을 뿐만 아니라 운송차량의 운행 횟수가 줄여 환경오염 저감에도 도움이 됩니다.
또한 액화수소는 저온 탱크에 저장되기 때문에 기체수소보다 저장 용기의 안전성이 높아진다는 이점도 있습니다.
액체수소와 기체수소의 차이점 1분만에 알아볼까요?(바로가기)
이 외에도 수소와 질소를 결합해 암모니아를 합성한 후 운송하는 방식도 있지만, 암모니아가 독성물질이기 때문에 수송과 보관 과정에서 안전 문제를 극복해야 합니다.
본격적으로 막이 오른 수소경제 시대!
SK E&S는 인천 액화수소플랜트에서 최대 연 3만톤 규모의 액화수소 생산 개시를 앞두고 있습니다. 또한 글로벌 수소기업 플러그(Plug)와의 합작법인 ‘SK 플러그 하이버스’(SK Plug Hyverse)를 중심으로 액화수소 충전소 구축도 추진 중입니다.
이와 함께 보령LNG터미널 인근 지역에 세계 최대 규모의 블루수소 생산기지를 구축해 연간 25만 톤 규모의 청정 블루수소를 생산할 계획입니다. 생산된 기체수소 20만 톤은 파이프라인을 통해 인근 지역에 수소 발전용으로 사용하고, 나머지 5만 톤은 액화수소 형태로 수소차 등 모빌리티용으로 전국 수소충전소에 공급할 계획입니다.
민간 기업 최초로 LNG 밸류체인을 완성한 역량과 경험을 바탕으로 수소 밸류체인을 완성해 나갈 SK E&S의 모습을 기대해 주시기 바랍니다.
