생산방식에 따른 수소종류 및 수송방법등 정리

 

 

■ 수소 종류 분류

• 브라운 수소: 갈탄·석탄을 태워 생산하는 개질 수소다

• 그레이 수소: 천연가스를 고온·고압 수증기와 반응시켜 얻는 개질 수소와 석유화학 공정에서 부산물로 발생하는 부생수소

• 블루 수소: 그레이 수소를 만드는 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집·저장해 탄소 배출을 줄인 수소를 뜻함.

그레이 수소, 브라운 수소보다는 더 친환경이라 할 수 있지만, 여전히 소량의 탄소를 배출한다.

• 그린 수소: 전기로 물을 분해해 생산한 수소로 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않음. 단 이때 사용하는 전기 역시 탄소를 배출하지 않는 재생에너지로 만든 것이어야 함.

° 그린수소 문제점
: 생산 효율과 높은 단가가 문제
, 1kg의 수소를 생산하는 데 개질 수소 생산 비용보다 통상 2배 가량 비쌈.
-> 그래서 더 적은 전기에너지로 더 많은 수소를 생산하는 효율적인 수전해 촉매 연구가 활발히 이뤄지는중.
- >IEA는 같은 보고서에서 “수전해로 얻는 그린 수소는 전세계 수소 생산량의 0.1% 이하”라고 밝힘.
-> 아직 갈길이 먼 상태..획시적인 비용 축소가 가능한 촉매개발하면 대박??

* 브라운, 그레이, 블루, 그린 등 네 종류로 구분 그린으로 갈수록 이산화탄소 배출량이 적다



■ 수소 운송 방법

액화해서 트럭으로 운송
수소를 영하 253℃로 냉각하면 수소가 액체 상태로 변한다. 이를 트럭으로 운송할 경우, 트럭 한 대에 최대 3500kg의 액화 수소가 들어간다.

지하수송관
더 많은 양의 수소를 더 먼 거리로 운송할 목적으로 지하 수소 수송관을 건설하기도 한다. 국내에는 울산 석유화학단지에 1960년대 설치한 120km 길이의 수소 배관이 운영되고 있다. 울산시는 2020년 12월 1.3km 길이의 배관으로 수소 생산공장과 울산시 남구 ‘울산 투게더 수소충전소’를 연결했다. 2011년 일본 후쿠오카 기타큐슈, 미국 캘리포니아주 토런스에 이어 수소 생산공장에서 배관으로 수소를 공급하는 세 번째 사례다.

하루 14시간 운영되는 이 수송관을 통해 매일 770kg의 수소가 공급된다. 수소차 130여 대를 충전할 수 있는 용량이다. 김종명 울산시 에너지산업과 주무관은 “이 수송관을 타고 수소가 압축된 기체 상태로 운송된다”며 “수송관에는 광섬유 센서를 함께 묻어 혹시 모를 누출을 모니터하고 있다”고 했다.

기존 도시가스 및 화석연료 수송관 재활용
이 외에도 도시가스 등 기존 화석연료를 수송하던 관을 활용해 수소를 운송하는 방식이 있다.

선박
배편으로 액화수소나, 톨루엔 등 액체에 저장된 수소, 암모니아, 메탄올 등 연료로 전환된 수소를 운송하는 방식도 있다.

 

어떤 수송방법을 쓰던 문제는 가격
문제는 가격이다.

트럭으로 수소를 수송할 경우 수송용량이 적고, 수소를 액화한다고 해도 다시 연료로 사용할 수 있는 상태로 변환하는 과정에서 비용이 든다고 짚었다.

수송관으로 수소를 수송하려고 해도 새로 건설하는 데 1km당 수십억 원의 예산을 들여야 한다는 단점이 있다. 수소 수송관은 화석연료 수송관보다 10~50% 더 비싸다.

기존 화석연료 수송관을 수소 수송관으로 개조해 사용할 경우 조금 비용 세이빙은 됨.
-> 새로 수소 수송관을 건설할 때의 10~25% 수준으로 비용이 줄어든다. 기본 설비를 갖추고 나면 수소 수송관은 같은 양의 에너지를 전기에너지 형태로 수송할 때보다 10분의 1 수준으로 저렴하게 나를 수 있다.

압축된 수소를 수송할 탱크도 비싸다. 이는 수소 운송 트럭뿐만 아니라 수소차에 탑재하는 수소연료탱크 역시 마찬가지다. 현대자동차는 차량에 설치되는 수소연료탱크의 내피를 수소의 투과를 최소화하는 나일론 소재로, 외피는 700bar의 높은 압력을 버티는 탄소섬유강화플라스틱으로 만든다. 복잡한 구조 탓에 생산단가가 높다.

액화를 넘어서 고체화
수소의 부피를 가장 많이 압축시키는 방법은 고체로 만드는 것이다. 최근 연구 중인 분야는 수소를 니켈, 철, 티타늄 등 금속 소재에 붙여 저장하는 고체수소저장법이다. 수소가 금속에 침투해 금속-수소 결합을 형성하는 원리를 이용한다.

김민중 선임 연구원은 “상온에서도 수소를 저장할 수 있다는 장점이 있지만, 금속 소재 무게 대비 1~2%만 수소와 결합하기 때문에 저장량이 낮고 수소 저장·방출 과정에서 열에너지가 출입하는데 이 열을 처리하다 보면 저장 시스템의 부피가 커진다는 단점이 있다”고 했다. 이어 “금속 소재의 수소 저장량을 획기적으로 높일 소재를 개발해 더 안전하고 경제성이 높은 수소 저장 기술을 완성해야 할 것”이라고 말했다.
-> 수소는 금속과 만나면 폭발할수도 있는데..
아무래도 탄소소재로 만든 탱크를 사용할듯 (효성첨단소재, 코오롱인더등..)




기타..

○ 전기차와 공존하는 수소차의 생태계를 그리다

현대차 수소연료전지 시스템. 현대자동차 제공

“Exactly, fuel cells=fool sells(수소 연료전지는 바보나 판다.)”


미국의 전기차 업체 테슬라의 최고경영자(CEO) 일론 머스크는 수소차를 부정적으로 보는 대표적 인물이다. 그는 2020년 6월 위와 같은 내용을 트위터에 올리며 논란을 일으켰다. 머스크는 수소차가 ‘바보나 파는 물건’이라는 이유 중 하나로 수소가 차량에 사용하기엔 에너지 저장 방식이 비효율적이라는 점을 꼬집는다.


단위 부피당 저장할 수 있는 에너지양이 작다는 건 승용차 시장에서 큰 약점이다. 작은 차 안에 수소연료탱크를 싣다 보면 차 내부 공간을 충분히 활용하기 어려워진다. 수소 저장 기술이 고군분투하는 가운데, 상용차 시장에서 수소차의 새로운 가능성이 열리고 있다. 상용차는 사업에 사용되는 자동차로 트럭, 버스 등 주로 사람이나 물건을 수송할 때 쓴다.


승용차보다 규모가 큰 상용차에서 중요한 건 ‘얼마나 가볍냐’다. 부피는 상대적으로 중요도가 떨어진다. 이런 이점을 살려 현대자동차는 2020년 세계 최초로 대형 수소전기트럭 ‘엑시언트’를 양산해 스위스로 수출했다. 트럭, 버스 등 수송용 차량은 매일 일정한 경로를 따라 먼 거리를 이동한다. 수소차의 대표적인 장점인 긴 주행거리가 여기서 빛을 발한다. 수소충전소를 거쳐오는 경로로 이동하면 되기 때문에 수소 충전 인프라가 부족한 상황에서도 비교적 자유롭다.


이 교수는 “배터리는 에너지 밀도가 낮아 대형트럭, 선박, 비행기 등에는 사용하기 어렵지만, 수소연료전지는 가능하다”며 “소형차에는 배터리, 대형 운송 모빌리티에는 수소연료전지를 사용하는 식으로 상호보완적으로 발전할 것”이라고 예견했다. 그는 “다만 승용차의 경우엔 두 기술 모두 적용 가능하기 때문에 여러 국제기관은 전기차와 수소연료전지차가 궁극적으로는 시장을 비슷하게 나눠가며 발전할 것으로 예측한다”고 설명했다.

이 교수는 또 “전기는 대용량으로 저장하기 어렵기 때문에 재생에너지 발전 과정에서 과량으로 발생하는 전기를 바로 저장하지 않으면 버려지지만, 수소는 화학연료이기 때문에 저장이 용이하다”며 “잉여전력으로 수소를 만들면 상당히 싸게 수소를 만들 수 있다”고도 덧붙였다.

김민수 서울대 기계공학부 교수도 전기차와 수소차가 공존할 것으로 내다봤다. 김 교수는 “화석연료 규제를 바탕으로 전기차와 수소차 시장 모두 서서히 성장하고 있다”며 “전기차의 경우엔 크기가 작은 소형차부터 영역을 확보하는 반면, 수소차는 수소연료탱크만 더 달면 주행거리가 더 길어지기 때문에 트럭, 트레일러 등 차량의 크기가 커질수록 강점을 보인다”고 했다.

그는 “수소차는 단순히 전기차와 비교해 자동차 시장에서 어떤 것이 더 우위에 있느냐를 볼 것이 아니라, 화석연료 중심의 경제에서 수소를 중심으로 한 수소 경제로 전환해가는 과정에 주목해야 할 것”이라고 짚었다.


참조한 기사
http://naver.me/FpXjJxz6

발전소서 버려지는 열로 '그린수소' 생산한다

http://naver.me/x4bEbchf

진정한 수소경제 실현하려면…생산·저장·운송 ‘삼박자’ 맞아 떨어져야