[에너지데일리 송병훈 기자] 한국전력(사장 김종갑) 전력연구원이 한국중부발전(사장 박형구)과 함께 '산화·환원 소재를 이용한 연료전지 발전용 친환경 수소생산기술 개발'에 착수한다고 9일 밝혔다. 이를 통해 수소경제 활성화 및 온실가스 감축 효과를 거두겠다는 목표다.
2019년 1월 발표된 '수소경제 활성화 로드맵'에 따르면, 2040년까지 발전용 연료전지 15 GW와 가정과 건물용 연료전지 2.1GW를 공급할 예정이다.
발전용 연료전지의 원활한 운용을 위해서는 친환경 수소의 생산이 필요한데, 2017년 국내에서 생산되는 연간 164만톤이다. 수소는 석유화학 공정의 부산물과 액화천연가스의 화학반응을 통해 생산되며, 이 중 141만톤은 석유화학업체에서 자체 소비된다. 실제 외부에서 사용 가능한 수소 생산량은 20여만톤에 불과한 것이다.
이에 따라 한국전력과 중부발전은 친환경 수소공급량 확대를 위해 산화·환원 소재를 이용한 친환경 수소생산기술 개발을 추진한다.
한전의 친환경 수소생산기술은 물을 연료로 사용해 금속의 산화·환원 반응을 이용, 별도의 추가설비 없이 이산화탄소를 포집한다. 동시에 고순도의 수소를 생산할 수 있다. 기존 액화천연가스의 화학반응을 이용한 수소생산 대비 효율이 높으며 경제적이라는 평가다.
즉, 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.
환원 단계에서 나오는 금속은 다시 수소 생산에 재활용되고, 물과 이산화탄소는 냉각을 통해 물만 분리한 후 남는 순수한 이산화탄소는 포집 및 재활용하게 된다.
특히 한전과 중부발전이 개발하는 친환경 수소생산기술은 천연가스과 이산화탄소 포집 설비를 이용하는 블루(Blue) 수소 생산기술이다. 석탄을 원료로 이용하는 브라운(Brown) 수소나, 이산화탄소 포집 설비없이 천연가스만으로 만드는 그레이(Grey) 수소에 비해 훨씬 깨끗한 수소 생산 방법이며, 재생에너지만을 이용한 그린(Green) 수소에 비해 경제성이 좋다는 설명이다.
천연가스의 화학반응을 이용하는 그레이 수소 생산의 경우 수소 1kg 생산 시 10kg의 이산화탄소가 배출되지만, 한전 전력연구원의 친환경 수소생산기술은 4.4kg 이하에 불과하다. 화석연료를 사용함에도 이산화탄소 배출량이 적고 포집이 용이해 향후 수소연료전지 확대에 이바지할 것으로 기대된다.
전력연구원 관계자는 "2022년까지 20kW급 '블루 수소' 생산시스템을 개발, 중부발전의 연료전지 발전소를 대상으로 실증을 완료한 후 국내·외 사업화를 추진할 방침"이라고 말했다.
