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ⓒ 클립아트 코리아

 

우리나라는 기후 변화와 에너지 고갈에 대응하기 위해 수소카드를 꺼내들었습니다. 정부는 2018, 화석 연료의 의존도를 줄이고 청정 에너지 비중을 늘리는 재생 에너지 3020 이행 계획을 수립한 데 이어, 2019년에는 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하며 수소를 신재생 에너지 보급 정책의 핵심으로 내세웠답니다.

 

수소 에너지의 체인은 생산-저장·운송-충전이용으로 이어지는데요. 저장·운송 측면에서 다른 대체 에너지에 비해 대용량, 장시간, 장거리 운송에 적합하다는 이점이 있습니다. 태양광과 풍력은 계절별로 버려지는 전력이 생산되고, 지역별로 생산량 격차가 커서 전력을 전송할 때 막대한 송전 비용이 발생하죠.

 

하지만 수소는 우리가 현재 사용하는 가솔린·디젤의 에너지 밀도보다 약 3배 높습니다. 때문에 1테라와트아워(TWh) 이상의 대용량 에너지 저장도 가능하고 장거리 운송에도 유리합니다.

 

요즘은 대부분 고압 수소를 압축 탱크에 저장해 운반합니다. 고압 용기, 고압 밸브 배관, 안전장치 등으로 구성된 탱크는 복합 재료로 된 내압 용기를 이용해 700기압 이상의 압력에도 버틸 수 있도록 설계된답니다

 

하지만 수소 저장 기술은 그 이점을 잘 살리지 못하고 있습니다. 가장 큰 이유는 바로 에너지 밀도에 비해 부피가 크기 때문인데요. 수소를 대용량으로 저장하기 위해선 기체 형태로 만드는데 이 때문에 운송하는 데 제약이 많답니다. 이를 해결하기 위해 한국전력 전력연구원을 비롯한 많은 연구진이 개발 중인 기술은 ‘액상 유기 수소 운반체(LOHC)’입니다.

 

 

LOHC를 이용한 수소 저장 및 운반 개념 ©이현수

 

액상 유기 수소 운반체(LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carrier)는 수소를 액상으로 저장하는 기술 중 하나입니다. 액체 상태의 화합물(LOHC 물질)과 기체 상태의 수소(H2)를 일정한 조건(50~180, 30~50bar 압력)에서 촉매를 이용하여 반응시키면 액체 형태의 LH2 유기 화합물이 만들어집니다. 이것을 저장하고 이송한 다음, 필요할 때 수소를 추출해 에너지를 생산하죠.

 

여기서 잠깐! 흔히 알려진 액상수소, 액화수소와 LOHC는 무엇이 다를까요? 액상수소는 LOHC 물질을 이용해 수소를 액체로 저장하는 방식이고, 액화수소는 수소를 임계 온도인 영하 240℃ 이하로 만들어 액체로 바꾸는 방식입니다.

, LOHC를 사용하면 수소를 임계 온도까지 강제로 내리지 않고도 저압에서 안전하게 저장할 수 있는 것이죠.

 

그렇다면 LOHC 기술은 어떤 점 때문에 주목받는 걸까요? 먼저, LOHC는 부피와 무게 대비 수소 저장 용량이 높습니다. LOHC (1,000L 기준) 수소 5킬로그램(kg)이 필요한 전기차 10대를 충전할 수 있죠. 두 번째는 필요할 때 반복적으로 수소를 저장하고 방출할 수 있기 때문에 활용도가 높죠.

 

세 번째는 기존 화석 연료 저장, 수송 인프라와 호환된다는 점입니다. LOHC는 가솔린과 유사한 액상 유기 화합물이기 때문에, 새로운 설비를 위한 초기 투자 없이 기존 인프라를 이용할 수 있어요. 현재는 수소 250킬로그램(kg)을 운반하기 위해 40톤짜리 튜브 트레일러를 사용하지만, LOHC를 사용한다면 보다 효율적인 운반이 가능하고 비용도 절감할 수 있을 겁니다.

 

 

한전 LOHC설비 실증 ©전력연구원

 

지난 39, 한전 전력연구원에서는 국내 최초로 시간당 수소를 저장하는 LOHC 기술 실증에 성공했어요. 지금까지는 대부분의 연구가 소규모 기초 연구였기 때문에 뜻깊습니다. 한국가스안전공사로부터 LOHC를 적용한 수소 저장 설비에 대한 고압설비 일반 제조시설 기술검토서, 가스 사용시설 완성 검사 증명서를 받은 사례는 한전이 최초랍니다.

 

많은 관심과 개발이 이루어지고 있지만, 여전히 LOHC 기술의 상용화는 시작 단계입니다. 수소를 저장하기 위한 LOHC로 가장 적합한 물질을 찾는 것이 관건인데요. 독일, 일본, 미국 등에서 활발한 연구가 이루어지고, 우리나라에서도 MBP라는 신규 물질이 개발되었지만 가역성, 안정성, 경제성을 모두 만족시키는 선택지는 아직 찾지 못하고 있기 때문이죠. 조건에 모두 부합하는 LOHC을 개발하기 위해 세계에서 연구가 진행되고 있습니다.

 

LOHC는 수소 저장 용량과 안정면에서 기존 압축 저장 방식보다 월등한 기술이에요. 수소 사회를 맞이하기 위한 준비가 이루어지는 지금, LOHC의 기술 개발과 실증은 수소 공급 로드맵의 키워드가 될 것입니다.

 

 

 

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