[에너지신문] 산업수소가 필요한 대표적인 산업은 분산 발전용 수소연료전지 발전단지 또는 수소터빈 발전단지서 활용되는 수소환원제철 분야다.
또한 모빌리티 산업에서 대형트럭이나 트레일러의 경우 수소연료전지 엔진이 탑재된 수소차가 훨씬 경제적이다.
미래 선박의 경우 장거리 정기선(콘테이너선, 벌크선, 유조선) 등에 소형원자로형 모듈(SMR)과 동시에 수소터빈 발전 시스템의 용도 개발이 희망적이며 농도 90% 이상의 순수 수소가 가격, 생산비 측면에서 훨씬 유리하다.
이처럼 다양한 산업에서 활용가능한 산업수소는 최근 20년 사이 개발 보급된 고분자 잔사유 등의 FCCU 설비에서 저탄소 석유류 제품 생산에 사용되는 유동층 촉매 크래킹 설비(FCCU) 촉매분해 설비를 통해 생산할 수 있다.
FCCU는 주로 상업 잔사유를 대상으로 저분자 석유류 제품 휘발유/등유, 항공유를 생산하며 부산물로 반응 온도와 잔사유의 성분에 따라 LPG도 생산된다. 진공잔사유는 주로 선박용 경유 A, B등급을 생산한다.
만일 FCCU 설비에 수소생산에 적합한 촉매와 메탄가스를 원료로 공급, 저농도 수소(농도 60-70%)을 대랑 생산하는 공정 조건(온도, 촉매, 분해 반응시간, 압력 등)을 시물레이션으로 도출하고 동시에 정유산업을 FCCU의 구조와 연결 파이프로 개조하면 산업수소 생산용으로 전환이 가능할 것이다.
또한 FCCU 설비에서 1차로 생산된 산업수소는 2차 가공, 이온 촉매 멤브레인 망 공정(GTL Purification process) 즉, 이온 촉매 멤브레인 망을 통과시켜 고농도 수소(70% 이상)을 얻게 되고 다른 가스(메탄, 일산화탄소, 이산화 탄소, 에탄, 에치렌 등)과 분리한다. 멤브레인 망을 여러 번 통과시키면 고농도 산업 수소(85% 이상)을 얻을 수 있다.
메탄-to-수소(MTH) 공정으로 생산된 산업수소의 용도 개발은 그린 전해 수소와는 달리 순수 농도가 분리 공정(멤브레인 형 이온분리 공정)을 거친 후 80%까지 경제적인 가격으로 수소순도를 높일 수 있다.
산업에서의 수소의 주요 용도는 제철산업과 분산 연료전지 열병합 발전사업이다. 수소제철산업은 아직까지는 완성된 공정은 아니지만 EU 특히 독일 잘츠기타(Salzgitter) 제철단지의 2개 기업이 수소제철환원 공정을 개발 중이다. 만일 산업수소 가격이 합리적이면 일본 제철기업이 수소제철을 고려하게 될 것이다.
우리나라 역시 수소제철과 100톤급 전기로 융합단지를 형성, 고급철 생산과 국산 철강제품의 품질을 높이는 투자 개발 사업, 새롭게 도입될 알래스카 LNG의 사업에 투입될 특수강판 생산에 활용될 수 있다. 즉 한일 수소 동맹 결과 합리적 가격의 산업수소 생산과 투자가 활발히 이뤄질 것으로 전망한다.
또한 광산용 트럭의 연료전지 엔진에 80% 산업수소 적응 테스트를 준비 중이다.
광산 또는 지하구조물 건설(고속도로 지하화산업) 산업용 산업차량의 수소 CHG(Compressed Hydrogen Gas) 부착은 탄산가스 배출 비용을 줄이고 안전사고을 방지하는 비용을 절약하게 될 것이다.
특히 지하작업 차량을 무인화하고 원격제어로 공사을 행할 경우 모든 면에서 경비의 절감 혜택을 얻게 될 수 있다.
만일 알래스카(Alaska) LNG 프로젝트가 LNG 개발 수출에 더해 북극항로 개발의 기지항이 되려면 현 북극권 면안의 석유광구 옆 해안에 북극항로 기점항을 개발 투자해야 한다.
그러면 2개의 신규 무역 항로가 개설된다. Route A는 부산항–암스테르담 기존 정기 항로에 더해 시간이 단축된 북태평양 정기선 개발과 Route B는 미국 서부 태평양 연안 로스엔젤레스-암스테르담 또는 샌프란시스코에 AI 제품(IT 제품)용 무역항에 개설될 수 있다.
이는 태평양 국가와 서유럽 국가간의 새로운 북극항로 프로젝트로, 4차 산업혁명 시대를 끝내고 5차 산업혁명시대(AI산업혁명 시대)로 진입하는 계기가 될 것이다.
우리는 부산항(부산국제항)을 통해 남해안 해안 항만과 공업지대인 부‧울‧경 지역을 재구성해 무역항, 조선 건조지대, 중기계 공단, 정밀기계공단, 우주항공지구, 자동차공단, 정유공단 등을 아우르는 항만, 항로, 공단, 문화, 교육지역으로 만들어야 한다.
이를 위한 기초작업으로 우리나라는 미국과 더불어 북극항로 개발에 적극적으로 참여해야 할 것이다.
즉 알래스카(Alaska) LNG 프로젝트는 LNG 공급용 프로젝트라기보다 북극항로 개발 참여 프로젝트이며, 동시에 한국경제의 제5차 AI 산업혁명기의 초석이 될 것이다.
때문에 1억톤 산업수소(80% 이상)는 우리가 할 수 있는 차세대 에너지원 개발 중 하나가 될 수 있도록 이번 프로젝트에 흥미있는 대기업의 적극적인 참여를 권장한다.