2022.02.28 (월)

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탄소중립을 위한 수소혼소 프로젝트

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도시가스 배관에 수소를 섞는 ‘수소혼입’ 실증 과제가 올해부터 시작된다. 이미 독일, 영국 등에서는 기존 배관에 수소를 섞어 난방, 요리 등에 활용하는 사업이 활발히 진행되고 있다.



‘도시가스 수소혼입 실증 추진단’ 발족
정부는 지난해 11월 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 통해 도시가스 수소혼입을 추진하는 안을 공식화했다. 또 올해 2월 8일에는 산업통상자원부 주재로 한국가스안전공사, 한국가스공사, 민간 도시가스사, 에너지기술평가원 등이 참여하는 ‘도시가스 수소혼입 실증 추진단’을 발족했다.

정부는 2026년까지 도시가스에 수소 20% 혼입을 상용화한다는 목표로 올해부터 도시가스 배관과 사용 기기에 대한 수소 호환성, 안전성에 대한 실증을 추진한다.

도시가스 배관에 수소를 섞어 주입하면 그만큼 도시가스 사용량이 줄어 온실가스 발생량이 감소한다. 국내 연간 천연가스 사용량은 4천만 톤으로, 수소를 10볼륨(vol)%만 혼입해도 연간 129만 톤의 천연가스 사용량을 줄여 연간 355만 톤의 이산화탄소 감축 효과를 볼 수 있다.


2024년 실증 거쳐 수소혼입 제도화 목표
‘도시가스 수소혼입 실증 추진단’은 수소혼입 실증을 위해 1단계로 2023년부터 정부 연구개발(R&D) 과제를 통해 도시가스 배관에 대한 수소 호환성과 안전성을 검증하게 된다. R&D 과제 추진에 필요한 시험설비는 올해 2분기부터 한국가스공사 평택 LNG 인수기지에 구축될 예정이다.

또 2024년부터 시작되는 2단계 과제에서는 R&D 검증 결과를 토대로 배관의 재질, 배관망 형태, 주민 수용성 등을 고려해 제한된 구역에서 실제 도시가스 배관망에 수소를 혼입하는 실증을 추진한다. 이런 과정을 거쳐 2026년에는 도시가스사업법을 개정해 수소혼입을 제도화한다는 목표를 세워두고 있다.



독일의 H2HoWi 프로젝트
독일 에센에 본사를 둔 에너지 공급업체인 E.ON은 지난 2020년 11월부터 도시가스 배관으로 수소를 공급하는 특별한 프로젝트를 시작했다. E.ON의 자회사인 베스트네츠(Westnetz)가 주관하는 H2HoWi 프로젝트로, 루르 공업지대에 속한 노르트라인베스트팔렌주의 홀츠비케데에서 2023년 말까지 사업이 진행된다.

수전해로 생산한 그린수소를 E.ON의 기존 도시가스 망에 섞어 유통하며, 필요한 경우 수소를 100% 공급한다는 목표를 세워두고 있다. 독일은 천연가스 공급망의 수소혼소 농도를 최대 10%로 제한하고 있지만, 이미 많은 실험을 통해 더 높은 비율의 안전성이 검증된 바 있다. 이렇게 공급된 수소는 난방에 활용되며, 이를 위해 파이프라인 변경 외에도 기존 보일러를 수소 호환 보일러로 교체하는 작업도 병행했다.

영국 최초 100% 수소주택
영국 에너지부는 지난해 7월 수소 연료로 작동하는 가스기기를 갖춘 영국 최초의 ‘쌍둥이’ 수소주택을 공개한 바 있다. 게이츠헤드에 문을 연 이 주택은 영국 최대의 가스 유통업체인 케이던트(Cadent)와 북부가스네트워크(NGN)가 구축했다.

수소주택 내부에 설치된 보일러, 가스레인지와 오븐, 난로를 포함한 다양한 수소 공급기기를 따로 제작해 가정에서 수소의 활용도를 높인 점이 돋보인다.

또한 케이던트는 영국 최초의 수소이송 파이프라인 사업인 ‘HyNet North West’ 프로젝트를 주관하고 있다. 잉글랜드 북서부와 웨일즈 북부를 탈탄소화하기 위한 프로젝트로, 2025년부터 스탠로우(Stanlow) 정유공장에서 천연가스를 저탄소 수소로 전환하기 시작하며, 이 과정에서 포집한 이산화탄소를 리버풀 베이 가스전 지중에 저장하게 된다.


탄소복합 소재 적용한 ‘플렉시블’ 수소배관
미국 캘리포니아주에 본사를 둔 대체에너지 기반 민간항공기업인 H2클리퍼(H2Clipper)가 2월 초에 수소기체를 이송하는 혁신적인 Pipe-Within-A-Pipe 기술로 미국 특허를 획득했다. 수소가 흘러가는 중앙의 배관 가장자리에 불활성 기체를 흘려 안전을 확보하는 이중배관 형태로, 99.7% 이상의 고순도 수소를 반경 1,000마일(1,610km) 이내에 이송하는 아이디어를 담고 있다.

이는 독일 레링거그룹의 자회사인 프라이머스라인(Primus Line)이 보유하고 있는 탄소복합 소재를 적용한 플렉시블(flexible, 유연한) 파이프와 유사하다. 프라이머스라인은 기존 배관에 탄소복합재 라이너를 삽입해 재활용하는 기술을 보유하고 있다. 이미 지난해 9월에 베이커휴즈 사와 손을 잡고 수소배관 개조 사업에 적극 나서고 있다.


천연가스 배관에서 수소 추출
글로벌 화학기업인 린데는 올해 1월부터 천연가스 배관에서 수소를 추출하는 세계 최초의 파일럿 플랜트를 본격 가동하기 시작했다. 독일 도르마겐(Dormagen)에 있는 이 설비에는 중공사 합성섬유로 만든 고분자 기체분리막(멤브레인) 기술인 HISELECT®가 적용됐다.

린데는 “수소를 천연가스에 혼합해 배관으로 이송한 후 원하는 지점에서 본 설비를 통해 수소를 추출할 수 있다”고 한다.

수소와 천연가스의 혼합 기체에서 수소가 차지하는 비중은 50~60%다. HISELECT 멤브레인으로 수소를 분리해 농도를 최대 90%까지 높인 후 압력변동흡착(PSA) 설비로 정제해 최대 99.9999%의 고순도 수소를 생산하게 된다.




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