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에너지/자원

분산형 수소경제를 위한 비전통적 수원에서의 수소 생산 (동향보고서)

현재 수소는 정유공장이나 산업부문에서 주로 사용되고 있으나, 최근 탈탄소 정책으로 더 많은 그린수소의 생산이 요구되고 있다. 2021~2050년의 탄소중립 시나리오에 따르면, 그린수소 기반의 연료를 채택하면 이산화탄소 배출량이 총 6% 감소(약 60Gt)할 것으로 예상하고 있다. 그러나 장거리 트럭, 철도, 해상, 항공 운송에 수소를 연료로 사용하기 위해서는 수소 저장시설이 필요하다. 몇 시간 사용을 위해 자주 충전을 해야 하는 배터리와 비교하면, 수소 기반의 연료는 장기간 연료 보관이 가능하고, 희귀금속과 같은 물질을 사용하지 않기 때문에 비용도 절감할 수 있으며, 연료 저장시설과 연료의 무게가 적어 연비도 개선된다.
그린수소가 탈탄소 정책에 부합하는 연료임에도 불구하고 널리 보급되지 않은 몇 가지 이유가 있다. 예를 들어, 수소 가스는 분자량이 매우 작기 때문에 파이프나 저장시설에서 누출되기 쉽고, 수소의 이송과 저장을 위해 액상화시킬 때 많은 에너지가 필요하다. 액상화된 수소는 사용 지역으로 이송해야 하는데, 이때 디젤연료를 사용하는 트레일러로 운송하는 과정에서 이산화탄소가 발생하는 모순도 발생한다. 이러한 이유로 수소 충전소가 충분하지 않고, 저장시설의 폭발 위험도 수소 연료의 보급을 어렵게 하는 이유 중 하나이다. 게다가 그린수소의 생산에는 재생에너지와 고순도의 물이 필요하지만, 주로 원격지에 존재하는 태양광이나 풍력 같은 재생에너지를 안정적으로 공급받는 것도 쉽지 않다. 이러한 문제로 인해 중앙집중형으로 수소를 생산하여 이송하는 것보다는 수소를 사용하는 곳에서 재생에너지원을 활용하여 수소를 생산하는 방안을 고려해볼 수 있다.
대규모로 수소를 생산할 때에는 지속적인 물 공급이 가능해야 하고, 먹는물 생산에 이용되는 담수와 수량 경쟁을 하지 않아야 하기 때문에 해수 사용이 선호되고 있다. 해수를 전기분해에 사용하기 위해서는 담수화를 통해 염을 제거해야 한다. 과거에는 해수담수화에 많은 에너지와 비용이 소요되었지만, 기술의 발달로 현재는 해수담수화에 소요되는 에너지가 전기분해에 필요한 전체 에너지의 0.1% 미만으로 매우 적기 때문에 큰 문제가 되지 않는다. 전기분해에 필요한 고순도의 물을 생산하는 데 소요되는 에너지가 전체 수소 생산에 필요한 에너지에서 큰 비율을 차지하지 않는다면, 소규모 지역에서 발생한 하수를 처리하여 수소 생산에 사용하는 것도 경제적으로 타당할 수 있다. 즉, 수소를 사용하는 지역에서 발생한 하수나 다른 수원을 수소 생산을 위한 전기분해에 이용하면 생성된 수소의 이송이나 재생에너지 송전 시 발생되는 문제를 최소화할 수 있을 것이다.
본 리포트에서는 수소를 사용하는 지역과 가까운 곳에 존재하는 비전통적 수원을 이용한 분산형 수소 생산 시스템에 대해 서술하고자 한다. 도시하수, 산업폐수, 염 지하수를 이용한 전기분해를 통해 추출 가능한 수소의 양과 소요되는 에너지 및 비용을 검토하여 분산형 수소경제의 타당성 및 환경적인 영향에 대해 살펴보고자 한다. 마지막으로 분산형 수소경제 구축을 위해 해결해야 하는 과제와 앞으로의 기회에 대해서도 논의될 것이다.

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댓글 1

손지훈(htlaz) 2022-11-09

아주 시기 적절한 리포터라 사료되고 사용 지역에서의 지역 생산이 탄소중립에 보다 가까이 갈 수 있는 방안임을 믿습니다.
제 개인적 일에도 아주 많은 참조가 되었습니다.항상 잘 읽고 많은 참조하고 있습니다 문 철환회원님.

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문철환(highmoon) 2022-11-10

힘이되는 답글 감사합니다.

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