국내 최초 액화수소플랜트 가동! 액화수소플랜트의 미래는?

국내 최초 액화수소 플랜트 창원에 들어서

 

경남 창원에 국내 첫 액화수소플랜트가 들어섰습니다. 두산에너빌리티 창원 공장 내에 국내 최초 액화수소를 생산하고 공급하는 시설이 들어섰는데요. 액화수소는 기체수소 대비 8배 많은 양의 수소를 저장할 수 있습니다.

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미레에너지원, 수소

 
 
 

1. 액화수소란

 

• 해당 액화수소플랜트에는 국비 170억원, 도비 40억원, 시비 60억원, 민자 680억운 등 총 950억원이 투입되었습니다. 2021년 착공하여 2024년 1월 준공된 플랜트는 하루 5t, 연간 최대 1천825t의 액화수소를 생산할 수 있습니다. 액화수소 5t은 수소버스 200대분을 충전할 수 있는 양입니다.  
• 액체 수소는 말 그대로 수소 원소의 액체 상태니다. 수소는 자연적으로 분자 H2 형태 로 발견됩니다. 액체로 존재하려면  임계점인 인 33K  이하로 냉각되어야 합니다. 그러나 대기압에서 완전히 액체 상태가 되려면 20.28K(−252.87°C; −423.17°F)로 냉각해야 합니다. 액화수소를 얻는 일반적인 방법은 외관과 원리 모두 제트엔진과 유사한 압축기를 사용하는 것입니다. 액체수소는 일반적으로 농축된 형태로 저장되어 사용됩니다. 액체로 저장하면 정상적인 온도와 압력에서 기체로 저장하는 것보다 공간이 덜 필요합니다. 일단 액화되면 단열 용기에 넣어 한동안 액체 상태로 유지할 수 있습니다.
• 수소는 기체 상태에서도 에너지 저장 및 운송이 가능하지만, 압축 또는 냉각을 통해 수소를 액화시키면 체적이 크게 축소되어 더 효율적인 저장과 운반이 가능해집니다. 액화수소는 에너지 저장 및 운반에 적합한 형태로 간주되며, 수소 경제 및 친환경 에너지 전환에 관련된 기술과 시설에서 사용됩니다. 이러한 기술은 주로 수소 연료전지 자동차, 산업 공정, 그리고 신재생 에너지 분야에서 수소를 효과적으로 활용하기 위해 개발되고 있습니다. 액화수소의 고체화 및 고압 저장 기술 등도 연구되고 있어 수소의 안전하고 효율적인 이용을 촉진하고 있습니다. 
   

2. 액화수소플랜트의 구성요소

 
액화수소 플랜트는 수소를 안전하게 생산하고 액화시키기 위한 복합적인 시설로, 여러 가지 기술과 시스템이 통합되어 있습니다. 일반적으로 액화수소 플랜트의 주요 구성요소는 다음과 같습니다.

1. 수소 생산 시스템:
- 스팀 메탄올 변환(SMR): 천연가스를 사용하여 수소를 생산하는 과정으로, 증기 반응을 통해 메탄을 분해합니다.
- 수소 분리: 다양한 기술을 사용하여 수소를 다른 가스와 분리합니다.
2. 수소 압축 시스템: 생산된 수소는 일반적으로 고압 가스로 나오기 때문에, 이를 더 효과적으로 저장하고 운반하기 위해 압축이 필요합니다.
3. 수소 냉각 시스템: 수소를 액화시키기 위해서는 극저온이 필요하므로, 냉각 장치가 필요합니다. 주로 액화수소 플랜트에서는 액소젠레이션(Adiabatic Expansion)과 같은 냉각 과정이 사용됩니다.
- 액화수소 저장 탱크: 액화된 수소를 저장하는 공간으로, 특히 저온 및 고압 환경에서 안전하게 수소를 보관할 수 있는 디자인이 필요합니다.
4. 제어 및 안전 시스템: 플랜트의 안전 운영 및 제어를 담당하는 시스템이 필요합니다. 이에는 감시 및 제어장치, 센서, 안전 장치 등이 포함될 수 있습니다.
5. 에너지 공급 시스템: 플랜트 운영에 필요한 전력 및 열 에너지를 공급하는 시스템이 포함됩니다.
6. 탈수 및 정제 시스템: 생산된 수소는 깨끗하고 물분자의 영향을 최소화해야 합니다. 따라서 불순물 및 물의 제거를 위한 정제 시스템이 필합니다.
7. 배출가스 처리 시스템: 수소 생산 과정에서 발생하는 배출가스를 처리하는 시스템이 필요합니다. 이는 환경적인 측면에서 중요합니다.
 

3. 액화수소플랜트의 단점

 
액화수소 플랜트는 친환경적이고 지속 가능한 에너지 솔루션으로 인식되지만, 몇 가지 단점이 있을 수 있습니다. 일부 주요한 단점은 다음과 같습니다
 
1. 에너지 소비: 액화수소를 생산하고 액화시키는 과정은 에너지 소비가 상당히 큽니다. 특히, 저온 및 고압 조건에서 액화가 이루어지기 때문에 냉각 및 압축 프로세스에서 많은 에너지가 소비됩니다.
2. 고비용: 액화수소 플랜트의 설치 및 운영은 고비용입니다. 저온 및 고압 환경에서 안전하게 운영되기 위해서는 특수 소재 및 장비가 필요하며, 이는 투자 및 유지보수 비용을 높일 수 있습니다.
3. 안전 문제: 수소는 고도로 가연성이 있고, 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 안전 문제에 주의해야 합니다. 특히, 수소의 누설은 폭발 및 화재의 위험을 초래할 수 있습니다.
4. 냉각 필요: 액화수소를 생산하려면 극저온 환경이 필요하므로, 냉각 시스템이 필수적입니다. 냉각은 추가 에너지 소비를 유발하며, 냉각 시스템의 복잡성과 비용을 증가시킵니다.
5. 공간 요구량: 액화수소 플랜트는 상당한 공간이 필요합니다. 대규모 설비는 적절한 토지를 확보해야 하며, 이는 도시화된 지역에서는 더 큰 어려움을 초래할 수 있습니다.
6. 인프라 구축 어려움: 액화수소의 운송 및 저장에는 특수한 인프라가 필요합니다. 이러한 인프라를 구축하고 유지하는 것은 기존의 화석 연료 시스템에 비해 더 많은 투자와 시간이 필요합니다.
7. 환경 영향:  액화수소 플랜트의 건설 및 운영은 환경에 영향을 미칠 수 있습니다. 에너지 소비, 평생 주기 동안의 영향, 및 생산된 수소의 정화 과정은 모두 고려해야 하는 환경적인 측면이 있습니다.

 

액화수소플랜트의 단점을 연구와 기술개발로 극복하고자 하는 노력이 계속되고 있습니다.우리나라 1호 액화수소플랜트가 안전하게 운영되길 기대합니다.