[월간수소경제 성재경 기자] 안산시 단원구 초지동에 있는 안산도시개발을 찾는다. 반월국가산업단지 내에 있는 시설로 삼천리에서 공급받은 천연가스로 열병합발전소를 운영, 전기와 열을 생산해 공급한다. 바로 이곳에 ‘안산 수소시범도시추진단’이 있다. 

안산은 울산, 전주·완주와 더불어 국토교통부가 추진해온 1기 수소도시에 든다. 4년간 총 475억 원(국비 200억, 지방비 275억)을 투입해 수소배관망 등 인프라 구축, 건물용 수소연료전지 발전설비 도입, 통합운영안전관리센터 설치 등의 사업을 진행해왔다. 

안산도시개발 백민수 총괄(안산 수소시범도시사업 프로젝트 매니저)을 따라 부지 내에 구축 중인 수소생산기지를 둘러본다. 원일티엔아이의 300Nm³/h급 수소추출기 3기가 나란히 놓여 있다. 하루에 1.8톤의 수소를 생산할 수 있는 설비로 생산된 수소는 버퍼탱크로 보내진 후 가압을 거쳐 배관을 타고 16.5bar로 공급될 예정이다.

 

 

“현재 공정률 90% 이상으로 마무리 단계를 밟고 있어요. 1기 시범사업으로 시작하다 보니 사업 추진 과정에서 시행착오를 많이 겪었죠. 수소배관만 해도 애초에 10km를 계획했는데, 예산 부족으로 4.2km를 보류했어요. 시에서 예산을 추가로 확보해서 올해 안 완료를 목표로 공사를 진행 중입니다.”
 
수소배관 1km 매설에 15억 원 소요
수소생산기지 바로 옆에 ‘안산 수소e로움 충전소’가 있다. 지난 2021년 8월에 문을 연 안산시 1호 수소충전소로, 수도권 최초로 배관을 통해 수소를 공급받는다. 튜브트레일러 주차 공간도 없고, 수소저장탱크도 최소 구성을 하고 있다.

 

“충전을 위한 수소를 SPG에서 배관으로 공급받고 있어요. SPG가 안산에 수소배관을 20km 정도 매설해서 운영하고 있죠. 부생수소는 아니고, 메탄올을 개질한 수소라 가격이 있는 편입니다.”

 

 

안산시는 울산광역시처럼 기존 배관 인프라를 기반으로 수소배관을 확장해왔다. 바로 옆 수소생산기지가 완성검사를 받아 가동에 들어가면 여기서 수소를 공급받는 것이 더 유리하다. 하지만 SPG가 배관 건설에 투자를 한 만큼 사업권을 인정해주는 것이 마땅하다. 향후 안산시의 수소배관 확충 여부에 따라 공급망 조정의 여지는 있어 보인다. 

 

수소충전소 입구에 수소가격 인상을 알리는 플래카드가 걸려 있다. 지난 5월 1일부로 수소가격을 1kg당 8,800원에서 9,900원으로 인상했다. 8월 초 기준 전국 평균가격인 9,694원에 비하면 조금 높고, 경기도 평균인 10,092원보다는 조금 낮다. 

 

지난해 연말까지 수소충전 평균가격이 kg당 8,800원을 유지했지만, 올해 들어 1만 원을 넘긴 충전소가 속속 등장하고 있다. 국제유가 등 원자재 가격 상승, 수소 공급시장의 수급 불안정, 튜브트레일러 운송비 상승 등이 요금 인상의 배경이다.

 

“튜브트레일러로 수소를 받아서 충전하는 것보다 배관으로 수소를 바로 받아서 쓰는 게 더 편하고 수소가격에도 이점이 있죠. 하지만 배관을 매설하는 작업이 만만치가 않아요. 이곳 안산도시개발을 나서 별망지하차도 쪽으로 난 이차선 도로만 해도 길을 다 막고 작업하느라 힘들었어요. 지금도 임시포장을 두고 민원이 끊이지 않죠. 안산천 아래로 배관을 놓는 하월 공사 같은 경우는 난공사에 들어요. 물길을 막아 H빔으로 물막이 공사를 하고 나서 수소배관이 든 관 내부를 콘크리트로 꽉 채운 상태로 하천 바닥에 매설합니다. 큰 비용이 들 수밖에 없죠.” 

 

안산천 하류에 해당하는 해안교 아래에서는 배관 매설을 마치고 땅에 박아둔 H빔을 뽑아내는 후반 작업이 한창이었다. 현지 여건에 따라 다르지만 안산의 경우 설계, 배관 자재비, 토목공사비, 감리 비용, 도로포장비, 폐기물 처리비 등등 해서 수소배관 1km 매설에 15억 원 정도가 든다고 한다. 

 

 

“이곳 수소생산기지에서 시화호 서쪽으로 난 1구간은 1km만 작업했어요. 수소시범도시 마스터플랜에서는 시화호 뱃길을 따라 반달섬까지 가기로 계획을 잡았는데 변경이 됐죠. 마땅한 수소 수요처가 아직 없으니까요. 그래서 도심지 방향인 오른쪽으로 배관을 깔고 있어요. 거리로 보면 총 9km입니다. 2-1, 2-2구간이 현재 마무리 단계에 있고, 올해 11월 말 완공을 목표로 2-3구간 공사에 집중하고 있죠.”

 

배관은 별망고가차도를 지나 해안로를 타고 동쪽으로 이어진다. 안산천이 흐르는 해안교까지가 2-1구간, 여기서 호수공원지하차도를 지나 그랑시티 자이아파트까지가 2-2구간, 여기서 본오동 종점 차고지 인근까지가 2-3구간이다. 구간별로 나라장터에 입찰공고를 내고 업체를 정해 사업을 진행해왔다.

 

통상 12월에서 이듬해 2월까지 3개월은 땅이 얼어 배관 매설이 어렵다. 그래서 오는 11월 말까지 2-3구간(4.2km) 공사를 마무리하는 것이 목표다. 공사를 서두르는 데는 다른 이유도 있다. 

 

안산 각골사거리 방면에 있는 본오동 버스차고지 인근에 코하이젠이 수소충전소를 짓고 있다. 지난해 10월 준공이 목표였지만 민원, 인허가 문제로 최근에야 기초공사에 들어갔다고 한다. 내년 상반기 준공을 목표로 하는 만큼 수소배관이 일찍 들어가면 바로 수소를 받아 수소충전을 진행할 수 있다. 수소버스, 수소트럭 등 수소상용차 보급에도 큰 힘이 된다. 

 

수소배관은 직경 8인치(약 200mm) 제품으로 길이는 12m에 이른다. 수소생산량에 비하면 관경이 큰 편이다. 향후 수소유통량이 늘 것에 대비해서 규모를 키워 인프라를 조성하는 셈이다. 

 

 

국내 수소배관은 포스코 강재를 써서 휴스틸, 세아창원특수강 등에서 강관을 생산한다. 배관은 킬드강(Killed steel)으로 탄소강을 만드는 과정에 탈산제를 첨가해 불순물을 제거함으로써 강질이 균질하고 기계적 성질이 우수하다. 이로 인해 일반 탄소강보다 수소 취성에 강하다. 여기에 부식 방지를 위한 PE(폴리에틸렌) 재질의 피복이 덮여 있다.
 
튜브트레일러·액체수소탱크로리와 경쟁
안산에는 현재 수소충전소가 2곳이다. 하이넷이 구축한 ‘동안산 사사 수소충전소’는 안산시 상록구 사사동에 있는 기존 주유소의 유휴부지에 복합형으로 구축됐다. 수소가격은 1kg에 9,900원으로 수소e로움 충전소와 동일하다. 

 

내년 상반기에는 코하이젠의 본오동 충전소가 들어서고, 서해선 시우역 인근 공단삼거리 북쪽 주차장에는 수소교통복합기지가 들어설 예정이다. 수소교통복합기지는 수소버스·트럭·승용차를 위한 대형 충전소로 전기차충전소, 정비소, 휴게소 등 다양한 시설이 함께 들어선다. 

 

또 안산 스마트허브 내 경원여객 차고지 인근 신길공원 주차장에 시간당 100kg의 수소충전 능력을 갖춘 액체수소충전소를 구축할 예정이다. 여기에 필요한 액체수소는 SK가 인천에 구축 중인 연 3만 톤급 액화수소 플랜트에서 공급된다.

 

“상용차 보급에 중점을 둔 대형 수소충전소가 안산에 속속 들어설 예정입니다. 그래서 본오동 충전소 방향 2-3구간의 수소배관 공사를 서두르고 있죠. 튜브트레일러 주차장이 설치될 예정이지만 예비용으로 볼 수 있고, 대부분의 수소는 배관으로 받아서 쓴다고 봐야죠. 수소교통복합기지 예정지가 1구간 끝에서 북쪽으로 2.2km 거리인데, 이 배관을 연결하는 사업도 내년에 추진될 걸로 보고 있어요.”

 

안산시는 배관의 장점을 적극 살려 수소충전 인프라를 갖춰가고 있다. 백민수 총괄의 말에 따르면 “현대일렉트릭이 1.2MW급 연료전지 발전소를 건설하기로 안산시와 논의가 된 것으로 안다”고 한다. 이를 위해 서쪽으로 나 있는 수소배관(1구간)을 400m 연장하는 사업도 내년에 추진될 예정이다.

 

반월시화산업단지는 국내 최대 규모의 산단에 든다. 현대일렉트릭은 지난 2021년 11월 반월시화산단의 ‘에너지 자급자족형 인프라 구축사업’ 주관사로 선정돼 한국산업단지공단과 사업수행을 위한 업무협약을 맺었다.

 

현대일렉트릭을 중심으로 산업인공지능 전문기업인 띵스파이어(Thingspire), 한국산업기술대학교, 한국산업기술시험원 등이 참여해 스마트그린산단 플랫폼을 구축하게 된다. 

 

반월시화산단에 신재생에너지 분산전원을 확대하고, 에너지 통합관리 시스템 구축과 운영 등 사업 전반의 종합관리를 목표로 한다. 연료전지 발전설비, 태양광 발전소, 전기차 충전소 등 3.8MW 규모 이상의 신재생·친환경 에너지 공급 인프라를 구축하게 된다. 

 

 

“튜브트레일러를 통한 기체수소 운송, 탱크로리를 통한 액체수소 운송, 배관을 활용한 기체수소 이송은 각기 장단점이 있어요. 차량으로 운송할 경우 액체수소가 월등히 유리하다고 말은 하지만, 제 생각은 조금 다릅니다. 영하 253℃로 수소를 액화해서 이를 유통하는 과정에 드는 비용을 따져봐야죠. 이를 구현할 국내 기술을 확보한 것도 아니고요. 450bar 튜브트레일러가 국내 기술로 시중에 나와 있고, 압을 더 높이게 되면 실제 수소의 운송량도 액체수소탱크로리에 비해 크게 뒤지지 않아요. 충전소 현장에서는 결국 기화해서 기체 상태로 쓰기 때문에 이런 여러 가지 측면을 고려해서 비용과 효율성을 따져볼 필요가 있습니다.”

 

국내에서는 기체수소 운송을 위해 금속제 타입1 탱크를 장착한 튜브트레일러를 쓴다. 차량의 총중량은 40톤, 전장은 16m로 금속제 특성상 저장 압력이 200bar 정도에 불과해 튜브트레일러 한 대당 수소공급량은 250~300kg 수준이다. 

 

이에 일진하이솔루스는 국내 최초로 수소 튜브트레일러용 타입4 탱크를 개발했다. 수소 운송 차량의 총중량을 26톤으로 낮추고 전장도 10m로 줄여 경제성을 높였다. 수소 운송을 위한 저장 압력을 450bar로 높여 트레일러 한 대당 수소공급량이 500kg에 달한다. 하지만 450bar 충전시설을 갖춘 출하센터가 부족해 상용화에 어려움을 겪고 있다. 

 

일진하이솔루스 관계자는 “충주바이오 그린수소충전소가 450bar 출하설비를 갖추고 온사이트형으로 운영되고 있지만, 수소생산량이 많지 않아 사실상 운영이 어렵다. 다만 규제자유특구사업으로 완주 수소출하센터에서 525bar 기체수소 운송 실증사업이 예정돼 있다. 완주 수소출하센터와 부안 수소충전소를 오가며 실증을 진행하게 된다”고 했다. 

 

안산, 울산과 더불어 수소시범도시 사업에 선정된 전주·완주는 배관 사업이 계획에서 빠지면서 수소생산기지와 연계한 출하센터를 크게 지었다. 완주 수소생산기지의 경우 안산과 동일한 원일티엔아이의 300Nm³/h급 수소추출기 4기를 구축, 하루 수소생산량이 2.4톤에 이른다.

 

“525bar까지 압을 높여서 수소를 출하하는 시스템, 향후 액화수소를 들여와서 출하하는 것까지 고려해서 지금 수소생산기지를 구축하고 있다. 출하센터는 이미 완공이 됐지만 수소생산기지가 10월부터 테스트에 들어갈 예정이라 시간이 좀 더 필요하다”는 것이 전북테크노파크 유현진 팀장의 말이다.
 

수소도시 사업의 핵심은 수소배관
별망고가오거리 쪽에 있는 원포공원으로 향한다. 안산빛나교회 바로 앞이다. 안산시 유휴부지 한쪽에 두산퓨얼셀에서 개발한 440kW PAFC(용융탄산염연료전지) 한 기가 설치되어 있다. 이 연료전지는 수소 전용이다. 

 

 

도시가스 개질 방식이 아닌, 배관으로 수소를 공급받아 발전한다. 발전 시 나오는 열을 활용하기 위해 지역난방에 필요한 중온수용 이중보온관 두 가닥을 땅에 매설했다. 하나는 난방수 공급 라인, 하나는 회수용 라인이다. 

 

“앞에 있는 도로(해안로)를 타고 온 배관이 여기로 연결됩니다. 교회 뒤편에 병원과 빌딩, 오피스텔이 많아요. 단원병원을 비롯해서 인근 건물에 전기와 열을 공급하는 분산전원 역할을 하게 되죠. 열 판매로 얻는 수익은 얼마 안 됩니다. 분산전원 측면에서 에너지를 효율적으로 이용하는 방안으로 보는 게 맞아요.”

 

전기와 열을 모두 써야 그나마 연료전지의 장점을 살릴 수 있다. 물론 경제성은 논외다. 안산의 수소공급 가격이 7,000원대 후반으로 높아 SMP(전력도매가격)에 REC(신재생에너지 공급인증서) 가중치 2.1을 적용해서 계산한 전기와 열 수입으로는 수익을 내기가 불가능하다. 수소 공급가를 낮추지 못한다면 실증 이후에는 운영이 어려워 보인다. 

 

수소생산 방식에 따라 수소공급 가격이 달라진다. 부생수소를 배관으로 받아서 유통하는 울산광역시는 사정이 훨씬 좋다. 수소가격이 3,500원대 이하로 안정적으로 유지될 경우 수소충전소에 공급해 이윤을 낼 수 있다.

“수소배관이라는 것이 지역별로 사정이 다 달라요. 인프라 구축비용도 다르고, 인허가나 민원 등등 해서 현장의 사정이 다 다르죠. 도로를 따라 배관을 매설 중인데, 특별한 경우가 아니면 인도로 들어가지 않죠. 그래도 도로를 가로지르는 일이 생기고, 지하도를 마주치기도 합니다. 수소배관이 고압가스법을 적용받기 때문에 지하도로부터 일정 거리를 이격해야 해요. 최소 1.5m 깊이로 땅에 묻어야 하는데 땅을 파보면 하수관, 오수관, 전력망 등등 해서 장애물이 한둘이 아니죠. 이런 간섭을 피해서 작업하기가 참 어려워요.”

 

수소배관은 매설하기 전에 전량 방사선을 활용한 비파괴검사를 받는다. 또 매설된 배관 상부에 보호판을 필히 설치해야 하고, 배관의 부식을 방지하기 위해 전기를 흘리는 외부전원 공사를 해야 한다. 수소차단밸브실이라고 해서 위급 상황에 배관의 수소를 빼서 공기 중으로 안전하게 날려 보내는 시설도 갖춰야 한다.

 

 

올해부터 경기도 평택과 남양주, 충남 당진과 보령, 전남 광양, 경북 포항 등 6개 도시가 새롭게 ‘수소도시’ 사업에 나선다. 국토부는 배관 인프라를 중요하게 본다. 평택은 약 15km, 남양주는 5km, 당진은 7.5km, 보령은 8km, 광양은 19km, 포항은 15.4km에 이르는 수소배관 구축을 계획하고 있다. 

 

수소 기체는 차로 운송(運送)하기보다 배관으로 이송(移送)하는 편이 낫다. 배관 인프라 확보에 적잖은 돈과 시간이 들지만, 갖춰놓고 보면 그 이점이 도드라진다. 도심에 도시가스 배관이 들어오면서 LPG 가스통을 밀어낸 걸 떠올리면 된다. 

 

배관은 수소에너지의 생산, 유통, 활용을 아우르는 밸류체인 전 부문에 깊이 관여한다. 그린수소 생산공장, 수소생산기지, 수소충전소, 건물용 연료전지, 스마트팜 등 관련 사업을 바로 붙여서 갈 수 있는 기반이 된다. 

 

“국토부 사업은 배관을 중요하게 보는데, 수소의 수요·공급이 어긋나면 여기도 문제가 생길 수 있어요. 일전에 말했듯이, 우리가 전기에서 겪는 문제를 수소에서 똑같이 겪을 수 있습니다. 재생에너지 전기의 수요와 공급이 안 맞으면 출력제한에 들어가듯, 수소의 수요와 공급이 어긋나면 여기도 문제가 생겨요. 야간에 수소 수요가 없어지거나 크게 감소하게 되면 수소생산기지에서 개질기를 꺼야 할 수 있고, 이 경우 비용이 추가로 발생하죠. 이를 막기 위해 최저 부하로 돌리면서 수소를 일정 수준 허공에 날리는 일이 생길 수 있어요.”

 

인천에 액화수소 플랜트를 짓고 있는 SK가 액체수소충전소 구축에 팔을 걷어붙인 것도 수요처 확보를 위함이다. 결국 ‘규모의 경제’를 갖춰야 한다. 수소배관이 됐든 튜브트레일러가 됐든 액체수소탱크로리가 됐든, 수요와 공급의 균형추가 맞아야 시장이 살아난다. 어떻게 규모의 경제를 꾸려나가느냐에 따라 사업의 희비가 갈릴 전망이다.