국내 기업들이 앞다퉈 수소 사업 진출에 나서고 있는 가운데 수소 유통·저장 시장 경쟁도 치열해지고 있다.
수소가스는 상압, 영하 253도에서 액화된다. 세계 각국은 수소를 더 효율적이고 경제적으로 저장하고 운송하는 방법에 대해 고민이 한창이다. 그 중 대량의 수소 저장이 가능한 '액화수소'에 대한 관심이 더욱 커지고 있다.
수소를 액체로 변환시키면 부피는 800분의 1 수준으로 감소한다. 이 때문에 기체 상태보다 훨씬 더 많은 양의 수소를 저장할 수 있다. 에너지 효율 또한 크게 증가한다.
기체수소는 통상 200bar(기업 단위=1000hPa) 압력의 저장용기에 300kg 정도를 담아 튜브 트레일러로 수송하는데, 이를 액화수소로 바꾸면 그 10배에 이르는 3.5톤을 탱크로리 한 대로 실어 나를 수 있다. 중장기적으로 대량의 수소 수요에 선제적으로 대응하기 위한 핵심 기술이 바로 액화수소인 것이다.
◇세계 최초 LNG냉열 활용한 액화수소 플랜트 구축
가스공사는 오는 2024년 완공을 목표로 평택에 연산 1만 톤 규모의 액화수소 메가스테이션을 구축해 국내 최대 액화수소 사업자의 지위를 굳건히 할 계획이다.
액화수소 메가스테이션은 가스공사 평택 액화천연가스(LNG)기지의 천연가스를 원료로 수소를 추출한 후 액화수소로 변환·저장해 수도권 액화수소 충전소에 공급하는 사업이다. 액화수소 1만 톤은 수소승용차 기준로 약 8만 대가 연간 사용할 수 있는 양이다.
기체수소 대비 부피가 크게 감소하는 액화수소는 충전소 소요면적 또한 기체방식 대비 약 60% 수준에 불과해 도심지역에 설치가 용이하다는 장점이 있다.
도심의 기존 주유소 및 충전소 네트워크를 이용해 액화수소 충전설비를 구축할 수 있기 때문에 액화수소 메가스테이션이 본격 구축되는 2024년부터는 수도권 주요 주유소에서도 편리한 수소 충전이 가능해질 것으로 기대된다.
하지만 액화수소는 온도가 낮은 탓에 기술적 장벽이 높다. 수소를 액화하려면 마이너스 253도를 유지해야 한다. 낮은 온도를 견디고 유지하는 저장 탱크가 필수적이다. 관련 기술이 존재하지만, 높은 기술력과 비용이 필요하다. 국내 산업용 전기가격(약 100원/kWh) 기준 수소 1kg을 액화하는 데 1000~1500원의 에너지 비용이 추가 소요된다.
이에 가스공사는 LNG 기화 공정에서 발생돼 버려지는 냉열 에너지를 수소 액화에 세계 최초로 활용해 액화수소 생산 비용을 최대 30%까지 낮춰 경제적 수소 상용화에 기여할 방침이다.
LNG 냉열이란, 천연가스를 사용하기 위해 수입된 LNG를 영하 162℃에서 0℃로 기화 시 발생하는 미활용 에너지다. 이를 활용해 수소를 1차 냉각하면 에너지 투입 비용을 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다.
현재 수도권 내 충전소에 공급되는 수소 도매가격은 평균 6000~7000원/kg 수준인데, 액화수소 메가스테이션 구축을 통해 가스공사는 5000원/kg 이하로 경제적인 수소 공급을 통해 정부 수소 정책에 부합한다는 계획이다.
수소 생태계를 활성화하기 위해서는 가격경쟁력을 확보하는 것이 무엇보다 중요하다. LNG 냉열을 활용한 액화수소 생산자인 가스공사는 '수소를 가장 경제적으로 생산할 수 있는 사업자'로 꼽힌다.
가스공사 관계자는 "공사가 보유한 인천, 평택, 당진, 통영, 삼척 등 수도권 인접지역을 비롯한 전국 5개 LNG 생산기지는 액화수소 생산 및 유통에 있어서 절대적으로 유리하게 작용한다"며 "부생수소 생산의 한계로 인해 천연가스를 고온·고압으로 수증기로 분해해 수소를 생산하는 '천연가스 개질' 방식이 초기 수소경제 시대를 이끌어갈 가장 현실적인 대안이라는 점에서, 지난 37년간 천연가스 인프라 건설 및 풍부한 운영 노하우를 가진 가스공사는 수소경제 사회 구축에 최적의 전문성을 발휘할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
◇ LNG냉열 재활용
가스공사의 액화수소 사업이 각광받는 또 다른 이유는 버려지는 LNG 냉열을 활용해 새로운 비즈니스 모델을 구현했다는 점에 있다.
LNG 냉열은 액화수소 공급 원가를 낮추는데 기여할 뿐만 아니라 다양한 산업에서 활용되어 새로운 부가가치를 창출할 수 있다.
천연가스를 사용하기 위해 영하 162℃의 LNG를 0℃로 기화할 때 발생하는 LNG 냉열은 그동안 바다나 공기 중으로 버려지는 에너지였다. 하지만 최근 화석연료에서 천연가스 등 친환경 에너지로의 에너지 전환이 이슈가 되면서 LNG 냉열 사업도 주목을 받게 됐으며, 다양한 산업으로의 확장 가능성이 커 새로운 비즈니스 모델로 평가받고 있다.
LNG 냉열 사업은 특히 냉동 물류 사업에 효과적이다. 기존 전기냉동기로부터 -100℃ 저온을 얻는 냉동기기를 LNG 냉열로 대체 활용할 경우 -100℃까지 도달하는 시간이 짧고 소요 에너지도 상대적으로 적기 때문에 기존 대비 전기 사용량이 50~70% 감축되며 급속 냉동 효과도 크다.
이와 함께 가스공사는 현재 한국초저온, 가스기술공사 등과 컨소시엄을 구성해 인천 신항 콜드체인 클러스터 사업에 참가 중이며 이를 통해 냉장냉동 물류센터 건설 공사를 추진할 계획이다. 대규모 냉동창고를 인천 신항 바로 옆에 구축해 신선 물류수출 거점으로 활용하겠다는 포석이다.
이 사업은 지역경제 활성화에 기여하는 점이 높이 평가돼 기획재정부 선정 협업 우수과제로 지정됐다. 향후 콜드체인 클러스터가 준공되면 약 1조 2600억 원의 경제적 파급효과가 예상되는 등 지역경제 부흥에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
가스공사 관계자는 "중소기업 공동물류 콜드체인 구축, LNG 터미널 인근 유휴부지 중심의 데이터 센터 유치 등 LNG 냉열을 활용할 수 있는 다양한 사업들을 지속적으로 추진하며 냉열 물류 비즈니스 모델을 개발에 최선을 다할 계획"이라고 전했다.