CO2 배출 적고 포집 용이한 ‘Blue수소’ 목표…2022년까지 완료後 사업화 추진 예정
한국전력 전력연구원(원장 김숙철)은 한국중부발전(사장 박형구)과 공동으로 수소 경제 활성화 및 온실가스 감축을 위해 ‘산화·환원 소재를 이용한 연료전지 발전용 친환경 수소생산기술 개발’에 착수한다고 밝혔다.
지난해 1월 발표된 ‘수소경제 활성화 로드맵’에 따르면 오는 2040년까지 발전용 연료전지 15GW와 가정과 건물용 연료전지 2.1GW를 공급할 예정으로 발전용 연료전지의 원활한 운용을 위해서는 친환경 수소의 생산이 필요했다.
2017년 국내에서 생산되는 연간 164만t의 수소는 석유화학 공정의 부산물과 액화천연가스의 화학반응을 통해 생산되며, 이 중 141만t은 석유화학업체에서 자체 소비되어 실제 외부에서 사용 가능한 수소 생산량은 20여만t에 불과하다.
이에 전력연구원과 중부발전은 친환경 수소공급량 확대를 위해 산화·환원 소재를 이용한 친환경 수소생산기술 개발에 손을 잡았다.
전력연구원의 친환경 수소생산기술은 물을 연료로 사용해 금속의 산화·환원 반응을 이용해 별도의 추가설비 없이 이산화탄소를 포집하며, 동시에 고순도의 수소를 생산할 수 있다.
기존 액화천연가스의 화학반응을 이용한 수소생산 대비 효율이 높으며 경제적이다. 첫 단계인 수소생산 및 산화 단계에서 고온의 수증기를 물분해가 가능한 금속과 반응시켜 물 분자에서 수소만을 떼어내 수소가스를 생산하며, 수소 생산 중 만들어지는 금속산화물은 다음 단계인 환원 단계에서 액화천연가스와 반응해 순수한 금속과 물, 이산화탄소로 바꾸는 환원된다.
또 환원 단계에서 나오는 금속은 다시 수소 생산에 재활용되며, 물과 이산화탄소는 냉각을 통해 물만 분리한 후 남는 순수한 이산화탄소는 포집 및 재활용하게 된다.
전력연구원 에너지환경연구소 관계자는 “이번에 양 기관이 공동으로 개발하는 친환경 수소생산기술은 천연가스과 이산화탄소 포집 설비를 이용하는 블루(Blue) 수소 생산기술”이라면서 “석탄을 원료로 이용하는 브라운(Brown) 수소 혹은 이산화탄소 포집 설비없이 천연가스만으로 만드는 그레이(Grey) 수소에 비해 훨씬 깨끗한 수소 생산 방법이며, 재생에너지만을 이용한 그린(Green) 수소에 비해 경제성이 좋다”고 설명했다.
이 관계자는 “실제로 천연가스의 화학반응을 이용하는 그레이 수소 생산의 경우 수소 1kg 생산 시 10kg의 이산화탄소가 배출되는데, 전력연구원의 친환경 수소생산기술은 4.4kg 이하에 불과해 화석연료를 사용함에도 이산화탄소 배출량이 적고 포집이 용이해 향후 수소연료전지 확대에 이바지할 것”으로 기대했다.
전력연구원은 오는 2022년까지 20kW급 블루수소 생산시스템을 개발해 중부발전의 연료전지 발전소를 대상으로 실증을 완료하고 국내외 사업화를 추진할 계획이다.