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[시론] 청정연료, DME로부터 수소충전소를

기사승인 [1467호] 2021.01.06  23:12:19

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- 수원대학교 환경에너지공학과 백영순 교수 (한국수소및신에너지학회 회장)

   
 

수소 에너지는 온실가스, 미세먼지와 같은 유해 물질을 발생시키지 않으면서 화석연료 대비 효율이 높아 미래 청정에너지로 손꼽히고 있다. 수소 위원회에 따르면 2050년에는 수소가 최종 에너지 소비량의 18%를 차지하고 승용차 4억 대와 상용차 2천만 대가 수소에너지를 활용하여 세계 자동차 시장의 약 20%를 차지할 것을 전망하고 있다. 시장 규모 또한 2.5조 달러(약 2,940조 원)에 이르러 약 3천만 개에 달하는 일자리 창출을 예측하고 있다. 이처럼 수소 활용이 늘어나면 연간 CO2 감축 목표의 약 20%를 감축할 수 있기 때문에 기후변화 대응에도 핵심적 역할을 할 것으로 기대된다. 이 수소를 에너지원으로 활용하기 위해서는 더 많은 인프라 구축이 필요하다.

우리나라는 수소 전기차, 연료전지발전 등과 같이 수소 활용 부문에서 경쟁력을 확보한 반면, 수소 생산, 저장·운송 분야에서 충전소와 같은 인프라는 주요국 대비 부족하다. 전경련 보고서에 의하면 2019년을 기준으로 우리나라 수소 전기차는 4,194대, 미국은 2,089대, 일본은 644대로 다른 국가에 비해 많은 수소 차량을 확보하고 있다는 것을 확인할 수 있다.

그러나 수소 충전소는 그렇지 않다. 미국과 일본의 수소 충전소의 수가 각각 68개소, 114개소인 반면, 우리나라의 수소 충전소는 34개소밖에 되지 않는다. 수소를 에너지원으로 활성화되기 위해서는 수소 활용 영역과 인프라 확보의 불균형을 해소하여 모든 산업과 시장이 수소 생산-저장·운송-활용의 밸류 체인으로 이루어 나아갈 때 비로소 새로운 에너지의 패러다임으로 접어들 수 있다.

물의 전기분해로부터 추출되는 그린수소가 어느 정도 경제성을 확보할 때까지는 도시가스와 가솔린을 수증기 개질반응으로 추출되는 그레이 수소의 활용이 불가피하다. 그레이 수소는 700℃ 이상의 고온에서 화석연료의 수증기 개질반응으로 추출될 뿐 아니라 다양한 CO 변성 장치와 원료 중의 탈황 장치의 필요로 소형화하는 데 한계가 있기 때문이다. 이로 인해서 고온고압의 수소생산 충전소 설치 시, 소요부지 확보와 고압 가스안전법 규정 등으로 많은 제약이 따라서 저온저압의 수증기 개질반응의 수소 추출기술이 필요한 실정이다.

DME(디메틸에테르, Dimethyl-ether) 연료의 수증기 개질반응은 저압과 400℃ 이하에서 수소 추출이 가능할 뿐 아니라 황 성분이 없어 탈황 장치와 CO 전환 장치도 필요 없어 소형화가 가능하다. DME는 바이오매스, 천연가스, 석탄으로부터 추출되는 합성가스나 메탄올에서 쉽게 만들어져서 현재 대부분 냉매와 추진제로 사용한다. 우리나라의 연간 소비량은 약 10,000톤으로 대흥산업과 바이오프랜즈에서 생산하여 판매되고 있지만 연료로서의 활용을 위해 꾸준히 기술개발하고 있어 수요는 많이 증가할 것으로 전망된다. 미국의 경우 바이오-DME를 생산하여 디젤엔진의 연료로 사용하고 있다.

이는 낮은 점화온도와 높은 세탄가를 가지면서 탄소와 탄소의 직접결합이 없기 때문에 미세먼지가 전혀 발생하지 않아 후처리장치 없이 배기가스 규제 EURO 5를 만족할 수 있는 에너지로 평가된다.

경제성 측면에서 또한 수소 1kg을 300km에 운송할 때 천연가스에서 추출한 수소 단가는 약 7,300원, 암모니아에서는 약 5,500원인 반면 DME에서 추출한 수소는 5,000원 이하로 경제성이 높다는 점에서 DME는 수소 활용의 연료로써 탁월한 특장을 지녔다.

정부는 청정한 연료, 디메틸에테르(DME)로부터 수소 충전소와 같은 경쟁력 있는 수소 확보와 인프라를 구축하여 우리나라의 수소 활용 분야에서 지속적인 경쟁력을 유지해야 할 것이다. 이를 뒷받침하기 위해 수소 생산, 인프라, 안전기술 부문에 대한 연구개발 투자를 늘려야 한다.

가스신문 kgnp@gasnews.com

<저작권자 © 한국가스신문 무단전재 및 재배포금지>
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