가스공사, 4월중 ‘천연가스+수소’의 차세대 기술 선봬
[에너지신문] 천연가스에 수소를 혼합한 연료, HCNG(수소천연가스).
차세대 기술인 HCNG 연료는 천연가스에 수소를 약 20~30% 혼합한 연료를 말하며 이 혼합연료는 천연가스 특성과 수소의 특성이 복합적으로 나타난다.
HCNG 기술은 2014년 이후 적용되는 자동차 배출기준(EURO 6)을 만족시킬 수 있는 기술이다. 후처리장치에 의존하지 않고 연료를 CNG에서 HCNG로 변경함으로써 환경성은 물론 경제성 측면의 효과가 기대되고 있다.
특히 2000년부터 보급돼 온 CNG 차량 보급이 주춤한 상황에서 CNG충전 인프라를 이용해 HCNG 인프라를 구축하는 방안을 모색할 수 있을 것으로 전망되고 있어 이에 대한 관심이 어느때 보다 높다.
■ 수소천연가스 복합충전소 준공
오는 4월 중순경에는 이러한 HCNG를 충전할 수 있는 수소천연가스 복합충전소가 공개된다.
환경부의 글로벌탑 환경기술개발사업과 친환경자동차기술개발사업에 참여해 2011년 8월부터 2016년 4월까지 수소천연가스(HCNG) 엔진 및 충전인프라 구축 기술개발 사업을 수행해 온 한국가스공사가 인천 송도에서 수소천연가스(HCNG) 복합충전소를 선보일 예정이다.
국내 HCNG 기술개발 계획은 2009년부터 타당성 연구를 통해 기술검증과 국내 도입에 대한 사업성 측면의 검토가 이뤄졌으며 본격적인 기술 개발은 2011년부터 환경부의 친환경자동차기술개발사업단의 지원으로 진행되고 있다.
각 분야별 전문기관이 참여해 고유한 역무를 수행하고 기관별 내용을 접목할 수 있는 통합형과제로 구성돼 있다. 이 사업에는 한국가스공사가 충전시스템 개발 및 시험운영, 가스안전공사가 안전기준, 한국기계연구원이 HCNG엔진 개발, 대우버스가 HCNG버스 제작을 각각 맡아 수행하고 있다.
가스공사는 지난 2014년 4월 H2/HCNG 복합 충전시스템 구성장치를 개발하고 지난해 12월 국내 최초로 HCNG 충전시스템 설치 및 인허가를 완료했다. 지난 2월에는 HCNG 충전시스템 시운전과 버스 충전 실증을 모두 마치고 준공식을 기다리고 있는 상태다.
가스공사가 준공하는 HCNG복합충전소는 천연가스 기반의 수소(개질방식) 및 CNG 공급방식으로 HCNG 버스 3대/일, 수소자동차 5대/일를 충전할 수 있는 능력을 갖고 있다. 설비는 30N㎥/h급 수소개질시스템, 압축설비, 혼합장치, 충전기기로 구성됐다.
■ 안전기준 마련, HCNG 버스 및 HCNG 엔진도 곧 완료
국내의 경우 현행법상으로는 기존 CNG 및 수소 충전소에 HCNG 혼합설비를 추가해 HCNG를 충전하는 충전소를 운영할 수 없다. 이에 따라 지난해 8월 한국가스안전공사는 HCNG 충전소 시범운영을 위해 고압가스안전관리법에 기초한 HCNG 충전소 특례기준을 만들었다.
특례기준에서는 기존 충전소에 추가적인 설비를 설치하기가 곤란한 경우 구조물의 안전성을 확보해 캐노피 상부에 설비를 설치할 수 있도록 기준을 마련했다. 이는 향후 HCNG의 상용화를 대비해 기존의 CNG 충전인프라를 활용하고자 할 때 설비 구축의 유연성을 확보하기 위한 조치다. 수소연료전지차의 상용화를 위한 수소공급 인프라 확충에도 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
대우버스는 현재 실차 평가를 위해 시내버스 모델인 BS106 차량에 HCNG 엔진을 탑재해 평가 중이다. 이를 통해 동급의 천연가스 차량과 동등한 동력성능을 확보하는 한편 이산화탄소도 10% 이상 저감효과가 있는 것으로 예측하고 있다. 올해 실증운전을 통해 차량성능과 안전성을 확인할 예정이다.
한국기계연구원에서는 post EURO 6 대응 HCNG 엔진을 개발 중이다. HCNG 엔진을 올해중 개발 완료할 예정이다.
HCNG 연료는 초희박 뿐만 아니라 High EGR 조건에서도 CNG에 비해 우수한 연소특성을 가지고 있기 때문에 이론공연비 조건에서 post EURO 6를 만족하는 엔진을 효과적으로 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 이론공연비 HCNG 엔진 개발에는 CNG 엔진 제작사인 (주)두산인프라코어와 촉매전문업체인 (주)이엔드디도 참여하고 있다.
■ HCNG 사업 성패는 충전 인프라
HCNG 사업의 성패는 충전 인프라 구축을 얼마나 안전하고 경제적으로 구축하느냐에 달려있다. CNG버스 초기 보급시 경험한 바와 같이 HCNG 충전 인프라 구축이 관건이다.
인프라 구축은 안전기준 제정 및 부지확보 등 현안 문제를 안고 있을 뿐만 아니라 대규모 투자를 동반해야 하기 때문에 초기 확대에 어려움이 예상된다.
다행히 국내에는 2000년부터 본격적으로 보급된 CNG 시내버스 보급정책에 힘입어 전국에 약 170여기의 CNG 충전소가 존재한다. 이러한 인프라를 활용할 경우 HCNG 뿐만 아니라 향후 수소충전인프라 구축도 매우 빠르게 진행될 수 있을 것으로 기대된다.
따라서 장기적으로 CNG 충전소에 수소개질 설비를 추가해 CNG, HCNG 복합 충전설비를 구축하는 방안을 검토할 필요가 있다는 지적이다.
■ HCNG 자동차 보급 가능성 높아
천연가스자동차는 그동안 대도시 대기질 개선에 많은 기여를 했지만 디젤 자동차의 지속적인 발전으로 인해 저공해 자동차로서의 위상은 약해지고 있는게 현실이다. 이를 극복하기 위한 방안으로 HCNG 자동차 기술이 꼽힌다.
미국 등 북미에서 제시한 HCNG 자동차 기술은 차기 배기규제인 EURO 6를 De-NOx 촉매 없이 만족할 수 있다. 더구나 미래 에너지로 불리는 수소의 사회적, 기술적 인프라의 가교역할을 수행할 수 있기 때문에 유럽과 아시아에서도 시범사업과 상용화를 서두르고 있다.
HCNG 연료는 천연가스를 개질시켜 수소를 생산하고 기존 CNG와 혼합해 HCNG 연료공급이 가능하기 때문에 별도의 에너지원이 아니라 CNG 연료의 다른 형태다.
기존에 구축된 천연가스 충전 인프라를 최대한 활용할 수 있기 때문에 국내의 경우 인프라 구축에 용이하고 높은 수준의 엔진기술력을 보유하고 있어 다른 국가에 비해 우리나라는 HCNG 자동차 보급 가능성이 높다는 것이 전문가들의 견해다.
2016~2018년 HCNG버스 시범운행을 통한 기술 및 효과가 검증되면 국내 보급 뿐만 아니라 해외 수출도 기대된다.