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日최첨단 기술로 7000㎞밖 호주서 수소 운송 추진, 한국도 운송기술 집중

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2019년 03월 31일 14:46 프린트하기

윤창원 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단장이 액상 유기 화합물 수소 운반체(LOHC) 시스템을 설명하고 있다. KIST 제공
윤창원 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단장이 액상 유기 화합물 수소 운반체(LOHC) 시스템을 설명하고 있다. KIST 제공

세계 각국이 앞다퉈 화석에너지에서 재생에너지로 넘어가면서 국가 간의 에너지 거래도 화석연료 거래가 아닌 재생에너지 거래로 바뀌고 있다. 문제는 재생에너지를 어떻게 운송하느냐다. 배터리로는 고용량을 수송하기 어렵다. 국가 간 거리가 멀어 케이블로도 어렵다. 유조선처럼 안정적으로 싣고 다닐 수 있는 화석연료 액상 형태가 에너지를 담는 도구로 지금까지 가장 유리했던 이유다.

 

결국 재생에너지 사회로 가기 위해서는 새로운 형태의 재생에너지 캐리어가 필요하다는 지적이다. 여기서 등장하는 것이 수소다. 수소는 가솔린의 에너지 밀도보다 약 3배 높은 ㎏당 33.3㎾h 의 에너지 밀도를 갖는다. 고용량으로 재생에너지를 저장하는 것이 가능한 셈이다.

 

수소사회로 넘어가자는 목소리가 높지만, 여전히 기술적 과제가 많다. 수소의 대표적 단점은 단위부피당 저장할 수 있는 에너지가 작다는 것이다. 1기압에서 1㎥당 2.97㎾h의 낮은 에너지 밀도를 가져 수소를 직접 가지고 오는 방식은 화석연료보다 경제성이 떨어진다. 경제적인 대용량 저장과 장거리 운송이 어렵다.

 

연구자들은 액상 유기 화합물을 수소운반체(LOHC)로 활용하는 방안을 연구하고 있다.  액상 유기 화합물에 재생에너지로부터 생산된 수소를 화합물 형태로 저장해 이송하는 것이다. 윤창원 한국과학기술연구원(KIST) 수소연료전지연구단 단장은 “LOHC는 화석연료처럼 상온에서 안정해 장기 보관이 가능하고 단위 부피당 수소 저장성이 높아 1㎥당 수소차 12대를 충전할 수 있는 60㎏ 분량의 수소를 저장할 수 있으며 액체를 싣고 옮기는 방식이므로 화석연료 기반의 저장 및 운송 인프라를 그대로 활용할 수 있"고 말했다. 

 

수소 운송 기술에서 일본은 선두주자를 달리고 있다. 일본은 액화수소방식, 톨루엔 LOHC, 암모니아 세 가지 방식의 실증을 한꺼번에 하고 있다. 우선 톨루엔을 활용한 LOHC 기술로 브루나이에서 수소를 운송해오는 프로젝트가 내년에 예정돼 있다. 일본에서 톨루엔을 유조선에 가득 싣고 간 다음 브루나이의 석유 생산 과정에서 나오는 부생수소를 톨루엔에 집어넣는다. 이를 다시 선박으로 일본으로 들고 들어와 수소를 다시 꺼내는 방식이다. 내년도에 수소 210톤을 선박 통해 실증하려는 계획을 갖고 있다. 일본은 6821㎞ 떨어진 호주에서 수소를 액화해 가져오는 방식도 내년 중 테스트하기로 했다. 한국은 실증 단계에도 들어서지 못한 기술이다.

 

윤 단장이 KIST 수소·연료전지연구단에서 개발한 ′100W급 개미산 및 포메이트 기반 수소발생기′ 평가 장치 작동원리를 설명하고 있다. KIST 제공
윤 단장이 KIST 수소·연료전지연구단에서 개발한 '100W급 개미산 및 포메이트 기반 수소발생기' 평가 장치 작동원리를 설명하고 있다. KIST 제공

한국도 수소운송 기술을 확보하기 위해 여러 후보군을 시험하고 있다. 윤 단장에 따르면 KIST는 암모니아와 개미산, LOHC 세 종류를 연구하고 있다. 포름산으로도 불리는 개미산은 이산화탄소를 활용하는 방식이다. 추출이 쉬운 것이 장점이나 수소를 저장하는 것이 어렵다.

 

KIST가 개발한 LOHC는 상용 화합물인 바이페닐과 디페닐메탄이 특정 비율로 섞여있는 액상 혼합물로서 수소 6.9% 저장, 1㎥당 60.1kg의 수소를 저장한다. 이 물질로부터 루테늄 촉매를 사용해 50기압에서 수소를 저장하고 수소를 재방출할 때는 상압에서 팔라듐 촉매를 사용한다. 윤 책임연구원은 “LOHC는 안정성이 높아 반복적인 수소저장과 고순도 수소 재방출이 가능하고 상용 화합물이라 가격이 저렴해 대용량이 용이한 장점을 갖고 있다”고 말했다.

 

암모니아에 수소를 담아오는 방식도 있다. 암모니아는 1㎥당 120kg의 수소를 저장할 수 있어 저장 용량에 있어선 최고다. 암모니아는 현재 암모니아를 제작할 때 쓰는 하버 보쉬법을 그대로 쓰면 돼 따로 인프라를 투자할 필요가 있다. 재생에너지 강국인 호주는 수소기술 로드맵에 액화암모니아를 만들어 세계 전역에 수출하려는 전략을 세우고 있다. KIST도 암모니아를 수소 운송에 활용해 20㎾급의 수소를 생산하는 시스템을 개발하고 있다.

 

윤 단장은 세계 각국이 하나에 집중하지 않고 다양한 수소 운송기술을 개발하는 까닭을 ‘에너지 안보’에서 찾고 있다. 윤 단장은 “석유에만 의존하면 석유값이 오를 때 감당할 수 없듯, 암모니아에만 의존하면 암모니아를 생산하는 국가의 장단에 흔들리 수밖에 없다”며 “액화수소가 문제가 생기면 암모니아를 갖고 오는 식의 전략을 다양화하는 것이 중요하다”고 말했다.

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