[공학저널 김하늬 기자] 최근 바이오가스를 활용한 청정수소 인프라 구축이 정부와 지자체의 큰 관심을 받고 있다. 전문가들은 특히 수소 모빌리티 확대에 주력하고 있는 지자체의 경우 안정적인 수소생산과 공급처 확보가 중요하다고 조언하고 있다.
이에 고등기술연구원 수소에너지솔루션센터는 국내 최초 바이오가스를 이용한 청정수소 마더스테이션인 ‘충주 바이오 그린 수소충전소와 인천 수소 생산기지 구축 및 실증’을 성공적으로 수행한 경험을 바탕으로 수소 인프라 구축과 핵심기술 개발을 수행하고 있다.
센터는 수소, 바이오 메탄, 재생 합성 연료 등 미래 지향적 순환 연료기술개발과 전문가 육성에 중점을 두고 있으며, 자원순환형 수소에너지 분야 인프라 구축을 선도하면서 실 운영데이터 분석을 통한 시스템 고장진단·예측 제어 기술개발에 집중하고 있다.
이와 함께 바이오매스 등 다양한 저급연료 가스화를 통한 합성가스 제조 및 활용, 미세먼지 저감, 해안폐기물의 고형연료화, 알칼라인 기반 전기화학 공정 및 연료전지용 BOP 개발 등 다양한 에너지환경 분야에서의 시스템 효율 향상과 최적화 기술을 개발 중이다.
현재 수소에너지솔루션센터의 주요 사업은 수소 인프라 구축을 위한 설계 엔지니어링과 수소생산 핵심 원천기술 확보를 위한 기술 내재화 사업을 꼽을 수 있다.
주요 추진사업으로는 국내 자동차 대기업과 협력을 통해 청주시 하수처리장에서 발생하는 바이오가스를 활용, 일일 500kg의 수소를 생산하고 상용급 수소충전소를 구축하는 청주 청정수소 생산시설 구축 사업이 있다. 향후 통합바이오가스 플랜트가 완공되면 일일 수소생산을 1,000kg까지 증설해 청주시 관내 수소충전소에 안정적으로 수소를 공급할 예정이다.
경기도에서 지원하는 용인 미니 수소 도시사업은 용인 에코타운에서 발생하는 바이오가스를 활용해 일일 500kg의 청정수소를 생산하고 450bar 튜브 트레일러에 압축 저장해 관내 수소충전소에 공급하는 공정을 구성했다.
센터는 지난 2022년 3월부터 충주 바이오 그린 수소충전소 자립형 상업 운전을 통해 비즈니스모델을 수립하고 있다. 하지만 수소충전소 핵심설비의 잦은 고장과 긴 수리 시간으로 인해 수익성 문제에 직면했고, 이에 전국 62개 수소충전소의 고장 이력을 분석한 후 한국에너지기술평가원의 지원으로 수소충전소 핵심설비의 내구성 향상을 위한 연구를 시작했다. 현재 진행 중인 실증 연구를 완료하면, 수소충전소 핵심설비의 내구성을 1.5배 향상시키고 소비 에너지를 20% 절감할 수 있을 것으로 전망되고 있다.
수소에너지솔루션센터 송형운 센터장(사진)은 “바이오가스를 이용한 청정수소 인프라 확대는 탄소 중립과 기후변화 대응 측면에서 매우 중요할 뿐만 아니라, 바이오가스를 활용한 청정수소 생산·공급은 수소 모빌리티 중심에서 수소 산업 확대에 크게 기여할 수 있는 필수 사업으로 평가된다”며 “2021년 기준으로 국내 100개 바이오가스 시설에서 연간 3.75억 m³의 바이오가스를 생산하고 있는데, 이를 전량 청정수소 생산으로 가정하면 연간 4.8만 톤의 청정수소를 생산할 수 있을 것으로 보인다”고 설명했다.
그는 이어 “이는 수소 경제 활성화 로드맵에 수립된 2022년 수소공급량 47만 톤에 10% 정도로, 재생에너지 기반 수전해를 통한 청정수소와 연계해 청정수소 생산량 확보, 에너지 안보 관점에서 매우 유의미한 값이라고 할 수 있다”고 덧붙였다.
수소에너지솔루션센터는 국내 수소 산업의 활성화를 위해 현재 다양한 중소기업과 협력을 진행 중이다. 대표적으로 인천그린에너지㈜는 인천 수소생산기지 사업을 공동으로 추진하며 기존 저장식 수소충전소를 수소생산기지와 연계해 수소버스 충전 중심의 제조식 수소충전소로 변경하는 도전적인 사업을 추진했다. ㈜제아이엔지와는 수소충전소 설계·구축 분야에서 협력하고 있으며, ㈜지엘환경기술과는 바이오 메탄 공급과 수소충전소 핵심설비의 운전 성능평가를 위한 업무협력을 진행하고 있다.
이와 함께 ㈜규원테크는 가축분뇨 차세대 에너지화 시스템 개발과 관련해 가축분뇨 및 농산부산물의 혐기 소화 처리 후에 발생하는 고형물을 Bio-SRF로 생산하고 이를 연료로 하는 전소 보일러를 개발해 사업화 중이다. 또한, 센터는 Bio-SRF 성형기와 전소 보일러의 핵심요소기술 개발을 담당하고, 사업화 지원을 통해 지속적으로 협력하고 있다.
현재 수소에너지솔루션센터는 올해 수주한 정부·지자체 주도의 수소인프라 구축 사업과 핵심기술 연구개발 과제를 성공적으로 수행하고, 2025년 신규 수소 관련 사업 수주를 준비 중이다. 특히, 환경부 지원의 청정수소생산시설구축사업, 산업부 지원의 탄소포집형수소생산기지구축사업, 국토부 지원의 수소도시사업 등 수소 인프라 구축 사업수주에 전념할 계획이다.
이를 위해 15명으로 구성된 센터 구성원을 향후 2년 이내 20명 이상으로 확대하고 지속적인 기술 내재화를 통해 수소 산업 생태계 확장을 선도하는 국내 최고 수소에너지 시스템 전문가 플랫폼 구축을 목표로 하고 있다.
송 센터장은 “향후 센터는 수소충전소 운영사, 핵심설비 제조사에 가려운 곳인 운영사 입장에서 매출 증대를 통한 수익성 확보, 제조사 입장에서 현장 고장 이슈 최소화, 내구성 향상을 위한 기술개발을 주도하고 싶다”며 “앞으로도 기술 내재화를 위해 수소전소엔진발전기술, 암모니아 수소생산기술, 전기화학적 수소정제·압축기술 등 전문성 강화를 위해 노력할 것”이라고 전했다.
