도시가스 파이프만 연결해 수소 생산...생산유닛 국산화

[이데일리 강민구 기자] 전량 수입에 의존하던 기술을 국산화해 국내 수소차 시장 발전에 활용할 수 있게 됐다.

한국에너지기술연구원은 윤왕래 수소연구단 박사 연구진이 도시가스 파이프라인을 연결만 하면 도심지나 수요처 인근에서 99.999% 이상의 고순도 수소를 저렴하게 생산·공급할 수 있는 ‘현장생산형 고순도 수소생산유닛’ 원천설계와 엔지니어링 기술을 100% 국산화했다고 10일 밝혔다.

500 kg-day급 수소생산 유닛 외형.<사진=한국에너지기술연구원>

‘현장생산형 천연가스 개질 고순도 수소생산 유닛’ 핵심기술의 국산화율은 40~50%에 불과하다. 시판 가능하고, 성능이 입증된 국산화 제품이 없어 전량 수입에 의존하기 때문이다. 초기 시설투자비는 1대당 30억원으로 정부의 ‘수소경제 활성화 로드맵’의 2022년 목표치인 수소 1kg 당 가격 6000원의 비용경제성을 확보하려면 국산화율을 높여 1대당 10억원대 이하이면서 수소생산효율이 80% 이상이 돼야 한다.

현장생산형 고순도 수소생산기술은 천연가스와 수증기가 반응해 각각의 반응물에 내재된 수소를 뽑아내는 리포밍 모듈과 여기에 포함된 일산화탄소, 이산화탄소, 미반응 메탄 등의 불순물을 흡착분리해 99.999% 이상의 고순도 수소를 생산하는 정제 모듈 조합으로 구성됐다.

연구팀은 열교환 일체형 대류 열전달 개질기를 설계하고, 발열반응 자동제어 열교환형 수성가스 전이반응기를 모듈화하고, 원천 설계해 효율을 높였다. 또 고순도 수소 정제를 위해 VPSA(진공압력변동 흡착)를 자체 개발하고 탈착압력을 낮추면서 유효 흡착량 증대와 분리효율을 극대화했다.

이번 기술은 미국 에너지부와 일본 NEDO(신에너지산업기술종합개발기구)에서 초기 수소에너지 보급 사양 중 제시한 수소생산효율 75~80%를 넘는 81%의 효율을 기록했고, 기존 LNG 공급망을 활용해 추가 인프라 투자 없이 경제적인 수소생산·공급이 하다는 점을 제시했다는 점에서 의미가 있다.

윤왕래 박사는 “이 기술은 부생수소와 함께 초기 수소경제 이행의 핵심공급원으로 중요한 역할을 하게 될 것”이라며 “1대당 10억원 이하의 비용과 효율 80% 이상, 일산화탄소 농도 0.2ppm 이하, 안정적 가동 등 시스템 성능 관련 신뢰성 있는 품질데이터가 확보돼야 한다”고 말했다.

연구는 국가과학기술연구회가 지원하는 BIG 연구사업의 일환으로 지난 2017년부터 4년 동안 진행되고 있다. 지난 달 18일에는 한국에너지기술연구원 대전 본원에서 ‘가압형 모듈화 고순도 수소생산유닛 국산화 설계기술’에 대해 원일티엔아이와 총액 50억원의 기술이전계약 체결식도 진행됐다.

원일티엔아이는 이전받은 ‘현장생산형 고순도 수소생산 유닛’ 기술을 활용해 정부에서 추진하는 분산형 소규모 수소생산기지 구축사업에 대응하고, 거점형 수소생산기지를 위한 중형개질 시스템 스케일업 개발의 기반기술로 활용할 계획이다.