[기고] 수소경제와 LNG자동차 보급 확대
[기고] 수소경제와 LNG자동차 보급 확대
  • 오영삼 한국가스공사 가스연구원 책임연구원
  • 승인 2021.01.04 07:00
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LNG車, 틈새시장 보완으로 수소경제 진입
수소경제 지원할 수 있는 LNG시장 활성화 기대
오영삼 한국가스공사 책임연구원.
오영삼 한국가스공사 책임연구원.

[에너지신문] 우리는 에너지 믹스시대에 살고 있으며 시대 변화에 따라 새로운 에너지원 도입에 따른 에너지 환경에도 변화가 일어나고 있다. 이에 따라 기존 에너지원과 새로운 에너지원들 간의 조화로운 에너지 믹스를 구성하고 균형과 발전을 도모해야 할 필요성이 있다. 최근 수소경제는 에너지 분야 새로운 트렌드라고 할 수 있으며 국가 전체적으로 수소경제로 진입하기 위한 노력이 이뤄지고 있다.

수소경제로 가기 위해서는 기존 에너지원들의 역할이 중요하며 여기에서 천연가스 에너지는 수소경제에 대한 마중물 역할을 하는 청정에너지원으로서 중요한 의미를 가진다. 최근 천연가스 시장에서 LNG 자체에 대한 수요가 커지고 있다. 특히 수송분야에서 LNG자동차는 수소전지차가 대응할 수 없는 틈새시장을 보완해 줌으로써 안정된 조화로운 친환경 수송인프라를 구축이 가능해 지고 이로써 수소경제 시대를 진입이 가능해 질 것이다.  

우리의 삶과 에너지
우리 삶과 경제를 지탱하기 위해서는 에너지가 필요하며 이를 위하여 우리는 지금까지 다양한 에너지원을 이용, 우리 사회를 발전시켜 왔다.

시대가 변하면서 기술이 발달됨에 따라 새로운 에너지원이 계속 개발돼왔고 그 시대의 여건에 따라 사용되었던 주요 에너지원의 종류는 계속적으로 변해왔다.  나무를 주된 연료로 사용하던 시대에서 석탄의 시대를 거쳐서 그리고 현재 우리는 석유 시대에 살고 있으며 석유는 현재 우리의 경제와 삶을 뒷받침 하고 있는 주요 에너지원이라고 할 수 있다. 

최근 셰일가스 개발과 함께 막대한 규모의 셰일가스 잠재량으로 앞으로 가스에너지 사용량이 증가할 것으로 보이며 이에 따라 가스관련 산업도 점차 활기를 띨 것으로 보고 있다.  그러나 향후 가스에너지가 활성화 되더라도 석유에너지가 석탄에너지를 완벽하게 대체하지 못한 것처럼 가스에너지가 석유에너지를 완벽히 대체하지 못할 것이다.

이는 하나의 에너지원이 우리가 필요로 하는 에너지 전부를 공급할 수 없다는 것을 의미한다. 우리가 필요로 하는 에너지는 그 시대에 이용 가능한 에너지원들의 믹스를 통해 공급받게 되며 에너지원들 간의 비율은 경제성과 환경성 등의 요인으로 결정될 것으로 보인다.

앞으로는 지구 환경에 대한 우려로 신재생에너지가 더욱 확대될 것으로 기대되고 있다. 최근 보고서에 따르면 세계적인 전력 수요는 2050년까지 연평균 1.5% 이상 증가되며 전체 전력의 약 50%가 태양광, 풍력 등 신재생에너지원으로 구성될 것으로 보고 있다.

또한 원자력에너지 기술을 바탕으로 궁극적인 에너지 기술이라 할 수 있는 핵융합 기술 개발이 이뤄지고 있으며 이 핵융합 기술이 완경될 경우 우리 인류에 대한 에너지 문제는 해결될 수도 있으나 궁극적인 에너지원 개발이 되기 전까지 우리가 사용가능한 에너지원의 믹스를 통한 환경 친화적이면서 효과적인 에너지를 확보하는 방안이 요구되고 있다. 

수소경제의 배경
최근의 에너지 사용으로 인한 환경오염문제와 지구온난화 문제는 에너지원 선택에 중요한 영향을 주고 있으며 이에 따라 우리가 사용하는 에너지는 친환경 에너지여야 한다는 점이 강조되고 있으며 그 중심에는 수소에너지가 있다고 할 수 있다.

수소를 이용해 전기를 생산할 수 있는 연료전지 기술이 상용화 되면서 그동안 공정연료 또는 원료만 여겨졌던 수소가 청정에너지원으로서 인식이 바뀌게 됐다.

또한 그동안 석유메이저들이 장악해 왔던 에너지 시장에서 석유에너지의 영향을 탈피하기 위한 방안의 하나로서 신재생에너지 개발과 함께 수소에너지 상용화를 통한 수소경제로의 전환을 위한 노력이 이뤄지고 있다. 

수소경제의 핵심  
수소경제의 핵심은 수소를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 연료전지 기술이라 할 수 있다. 이러한 연료전지 기술이 상용화됨에 따라 이를 이용한 수소전기차가 개발되고 이는 수송분야 새로운 바람을 일으키고 있다. 

2013년 국내 기업이 세계 첫 수소전기차를 상용화한 이후 일본, 미국 및 유럽 국가에서 경쟁적으로 수소전기차 상용화에 돌입하고 있는 상황이다. 수소전기차 기술은 전기차와 기술과 유사하기 때문에 앞으로 수소전기차와 함께 전기차는 주요 수송수단으로서 자리매김 할 것으로 보여 진다. 

이에 따라 중국에서는 선도적으로 내연기관 자동차의 퇴출을 선언했다.  중국의 경우 2035년 내연기관 자동차의 생산을 중단하고 친환경차 만 판매할 수 있도록 하는 방안이 추진되고 있다.

일본의 경우에도 2039년대 중반에 휘발유차의 신차 판매를 전면 금지하는 방안을 검토하고 있으며 유럽의 주요도시에서는 내연기관 차량의 퇴출을 위해 2040년부터 소형 내연기관 자동차의 판매를 중단하겠다고 발표하는 등 앞으로 내연기관 자동차 보다는 수소전기차의 보급은 더욱 확대 될 것으로 예상된다. 

수소경제를 앞당기기 위한 조건
수소경제는 수소전지차를 중심으로 한 수송수단에서의 변화에서 시작이 되고 있다고 본다. 따라서 수소경제를 앞당기기 위해서는 수소전기차의 보급 확대가 지속적으로 이뤄져야 할 필요성이 있으며 이를 위해서는 수소를 충전할 수 있는 수소충전인프라 확충은 필수적인 요소이다. 

이에 따라 친환경적이면서 경제적으로 수소를 제조하기 위한 기술과 제조된 수소를 수소충전소에 효과적으로 공급할 수 있는 수소공급 물류 시스템은 수소경제를 실현하기 위한 주요 사항이 될 것이다.  

수소를 얻기 위한 방법은 천연가스 개질방법을 포함, 여러 가지 있지만 친환경적으로 얻기 위한 방법으로는 결국 태양광, 풍력과 같은 신재생에너지원에서 발생되는 전기를 이용한 수전해 기술로 보고 있다.

따라서 수소제조를 위한 전력생산을 위해 향후 신재생에너지 설비가 확충될 것으로 보인다. 그러나 신재생에너지원의 경우 간헐적인 에너지로서 이를 보완할 수 있는 수단이 필요한데 여기에는 전통적인 천연가스 개질 방법을 들 수 있는데 이 방법은 개질과정에서 이산화탄소가 발생되기 때문에 친환경적이 아니다라는 논란이 있지만 현재의 기술수준에서는 가장 경제적이면서 현실적인 방법으로 여겨지고 있다. 

천연가스 개질을 통한 수소제조 방법은 셰일가스 개발로 인한 천연가스 가격안정화 등의 예상으로 향후에도 경제성을 확보할 수 있을 것으로 예상되고 있다.  다만 천연가스 개질을 통한 수소제조 과정에서 부산물로 발생되는 이산화탄소 배출을 최소화 하거나 포집해 환경 친화적으로 운영되도록 함으로써 수전해 기술과 같이 수소경제를 뒷바침할 수 있도록 해야 할 필요성이 있다.

▲ 타타대우상용차가 개발한 고마력 LNG화물차.
▲ 타타대우상용차가 개발한 고마력 LNG트랙터.

LNG를 이용한 수소충전인프라 콘셉트
천연가스 개질을 통한 수소충전인프라 구축을 위해서는 천연가스 공급을 위한 배관망이 필요하다. 도심지의 경우 천연가스 배관망이 잘 구비돼 있어서 수소충전인프라 구축 사이트 건설은 큰 문제가 되지 않지만 고속도로 휴게소 또는 그린벨트 지역에 수소충전소를 구축해야 할 경우 천연가스 배관을 새롭게 구축해야 하며 이에 따른 경제적 부담으로 수소충전소 구축이 불가능한 상황이  발생된다.

이 경우 LNG위성기지 개념을 이용한 수소충전소 구축방법은 멋진 대안이 될 수 있다.  이 방법은 LNG를 저장한 후 기화시켜 수소제조용 원료로 사용될 수 있으며 이와 더불어 LNG자동차 또는 CNG 자동차용 충전이 가능한 복합충전소를 구축할 수 있다. 

따라서 향후 경제적인 방법은 빠른 시간에 수소충전인프라 구축하기 위해서는 LNG위성기지를 이용한 복합 수소/LNG/CNG 충전소 구축이 해답이 될 수 있다고 본다.  

수소경제에 있어서 LNG자동차 보급 확대가 가지는 의미
수소연료전지차는 고압 수소용기를 차량 내에 장착해 연료전지에서 전기를 생산 후 모터를 돌려 차동차가 운행되는 방식이다.  따라서 고압 수소저장방식을 이용할 경우 압축 수소저장방법의 한계로 인한 저장효율을 높이기 위해서 액체수소 저장방식이 검토되고 있다.

액체수소의 경우 -253도의 초저온 액체수소를 이중단열용기에 저장하는 방식이며 -163도의 초저온 LNG를 저장하는 방식과 저장온도가 더 낮을 뿐 동일한 개념이다. LNG자동차의 경우 LNG위성기지 내 이중단열 LNG저장탱크에 저장된 LNG를 자동차에 공급해 주는 방식을 이용된다. 

따라서 이러한 충전기술의 활성화 될 경우 액체수소 저장방식을 선택하더라도 기존 LNG충전소 기술을 활용할 수 있기 때문에 수소전기차의 보급 확대에 기여할 수 있게 된다.  따라서 LNG자동차가 보급 확대는 결국 수소충전소 인프라 구축에도 기여함으로써 수소전치자 활성화를 통한 수소경제 활성화가 가능해 진다는 것을 의미한다. 

최근 수소경제 활성화를 위해 수소분야 보조금 및 관련제도 완화가 이뤄지고 있다. 이전에 언급한 것처럼 LNG자동차 시장 활성화는 수소충전 인프라 확충을 통한 수소경제 활성화에 충분히 기여할 수 있기 때문에 LNG충전소 관련 규제완화도 같이 이뤄져야 할 필요성이 있다고 본다. 

수소에너지 한 가지 에너지원으로만 수소경제로 진입할 수 없기 때문에 수소경제를 지원해 줄 수 있는 에너지원으로서 LNG를 바라보고 국내 LNG 관련 시장이 활성화 될 수 있기를 기대해 본다.


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