브라운·그레이보다 깨끗하고, 그린수소보다 저렴해 주목
중부발전과 협업...2022년까지 실증 완료 후 사업화 추진
[에너지신문] 한전 전력연구원이 중부발전과 손잡고 이달부터 '산화·환원 소재를 이용한 연료전지 발전용 친환경 수소생산기술' 개발에 착수한다.
전력연구원에 따르면 2017년 국내에서 생산되는 연간 164만톤의 수소는 석유화학 공정의 부산물과 액화천연가스의 화학반응을 통해 생산된다. 이 중 141만톤은 석유화학업체에서 자체 소비되어 실제 외부에서 사용 가능한 수소 생산량은 20여만톤에 불과하다.
한전과 중부발전은 친환경 수소공급량 확대를 위해 산화·환원 소재를 이용한 친환경 수소생산기술을 개발할 계획이다.
전력연구원의 친환경 수소생산기술은 물을 연료로 사용, 금속의 산화·환원 반응을 이용해 별도의 추가설비 없이 이산화탄소를 포집하는 동시에 고순도 수소를 생산할 수 있다. 기존 액화천연가스의 화학반응을 이용한 수소생산 대비 효율이 높으며 경제적이라는 평가를 받는다.
세부 공정을 보면, 첫 단계인 수소생산 및 산화 단계에서 고온의 수증기를 물분해가 가능한 금속과 반응시켜 물 분자에서 수소만을 분리, 수소가스를 생산하며 수소 생산 중 만들어지는 금속산화물은 다음 단계인 환원 단계에서 액화천연가스와 반응해 순수한 금속과 물, 이산화탄소로 환원된다.
환원 단계에서 나오는 금속은 다시 수소 생산에 재활용되며, 물과 이산화탄소는 냉각을 통해 물만 분리한 후 남는 순수한 이산화탄소는 포집 및 재활용하게 된다.
전력연구원은 2022년까지 20kW급 블루(Blue) 수소 생산시스템을 개발, 중부발전의 연료전지 발전소를 대상으로 실증을 완료하고 국내외 사업화를 추진할 계획이다.
양 사가 공동개발하는 친환경 수소생산기술은 천연가스과 이산화탄소 포집 설비를 이용하는 블루수소 생산기술로, 석탄을 원료로 이용하는 브라운(Brown) 수소나 이산화탄소 포집 설비없이 천연가스만으로 만드는 그레이(Grey) 수소에 비해 훨씬 깨끗한 수소 생산 방법으로 주목받고 있다. 재생에너지만을 이용한 그린(Green) 수소에 비해 경제성도 높다.
전력연구원 관계자는 "천연가스의 화학반응을 이용하는 그레이 수소 생산의 경우 수소 1kg 생산 시 10kg의 이산화탄소가 배출되나 블루 수소는 그 절반 이하인 약 4.4kg에 불과하다"며 "화석연료를 사용함에도 이산화탄소 배출량이 적고 포집이 용이해 향후 수소연료전지 확대에 이바지할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
한편 지난해 1월 발표된 수소경제 활성화 로드맵에 따르면 2040년까지 발전용 연료전지 15GW 및 가정·건물용 연료전지 2.1GW를 각각 공급할 예정이다. 발전용 연료전지의 원활한 운용을 위해서는 친환경 수소의 생산이 필요하다.