한국가스기술공사가 신성장 사업의 일환으로 역량을 집중해 추진 중인 수소사업에서 탁월한 성과를 거두고 있다.
한국가스기술공사(이하 기술공사)는 정부가 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표한 지 한 달 만인 2019년 2월 13일 수소가스 충전사업을 위한 EPC와 O&M, 바이오가스 제조(정제)를 활용한 사업, 냉열 등 천연가스 특성을 활용한 사업 등 5개 사업을 추가하는 정관 개정을 완료했다. 공공기관 중 최초로 정관에 수소사업을 명시한 것이다.
정관 개정을 통해 수소사업 추진 근거를 마련한 기술공사는 1993년 창립 이래 약 25년간 국내 천연가스 인프라 유지·정비사업을 하면서 축적한 초고압 극저온 가스 분야 기술력과 노하우를 바탕으로 수소충전소를 시작으로 수소도시, 수소생산기지 등 수소 인프라 구축(EPC)을 본격화했고, 최근에는 수소 인프라 O&M(운영관리) 분야로 사업을 확장하고 있다.
기술공사는 에너지사업본부 내에 수소사업을 전담하는 3개 조직(에너지사업개발처, 수소인프라건설처, 수소인프라운영실)에 200여 명의 인력을 배치해 사업을 추진하고 있다.
수소사업을 처음 시작했던 2019년 매출액은 9억 원으로, 전체 매출액에서 차지하는 비중이 0.4%에 불과했지만 2024년 매출액은 943억 원으로 점유율이 22.9%로 대폭 올랐다. 올해는 1,430억 원(점유율 29.4%)을 목표로 사업을 추진하고 있다. 지속적인 수소사업 확장을 통해 2030년 수소사업 매출액 2,440억 원(점유율 34.6%)을 달성한다는 목표다.
기술공사의 수소사업 첫 시작점인 에너지사업개발처의 최충현 처장을 만나 수소사업 성과와 향후 계획에 대한 자세한 얘기를 들었다.
현재 평택·완주·동부산 등 3곳에 천연가스 개질 수소생산기지를 구축해 운영 중이다. 수소생산기지 운영관리에서 가장 중점을 두는 부분은?
평택 수소생산기지(연간 2,500톤)는 서울·경기·강원·충북 지역, 완주 수소생산기지(연간 860톤)는 전북지역, 동부산 수소생산기지(연간 430톤)는 동부산지역 충전소에 각각 수소를 공급하고 있다.
운영관리 측면에서 가장 중요한 점은 공급 중단 없이 수소를 안전하고 안정적으로 생산해 적기에 수소충전소에 공급하는 것이다.
지금도 모빌리티 공급용 수소는 평택 등 일부 전용 수소생산시설 외에는 많은 부분 부생수소에 의존하고 있어 이 중 어느 한 곳이라도 설비 고장이나 정기적인 예방정비로 공급에 문제가 발생하는 경우 충전소에서는 수소를 공급받지 못해 수소차를 운행하는 국민에게 많은 불편을 끼친다.
그래서 공사는 예방정비 시행 전에 다른 생산시설과의 공급물량 스왑 계약을 통해 대체 공급처를 확보하고, 고장 발생 최소화를 위해 철저한 사전 예방점검과 정비를 시행하고 있다. 밸브 등 일부 부품을 국산화하고 자체 정비역량을 확보해 설비 고장 시 신속하게 정상화 할 수 있는 역량을 키워 나가고 있다.
한편 설치 후 약 2년의 무상 유지보수 기간이 종료되는 수소충전소의 경우 유지보수 문제는 기술공사를 포함해 수소충전소를 운영하는 기업과 민간 사업자 모두가 고민하는 문제로, 이를 해결하기 위해서는 정부의 적극적인 개입과 지원이 필요한 실정이다.
청정수소 생산시설 구축·운영 사업 추진 계획은?
올해부터 현대자동차가 연간 2,000대의 수소버스를 생산하고 신형 넥쏘 판매도 시작함에 따라 모빌리티용 수소 수요가 크게 증가할 것으로 예상된다. 수소생산시설 확충이 시급한 이유다.
수소생산기지 구축에는 많은 비용이 들지만 아직 경제성이 부족해 민간기업이나 기술공사와 같은 공공기관이 100% 투자해 사업을 진행하기는 현실적으로 매우 어렵다. 특히 정부는 ‘청정수소 공급체계 전환’에 중점을 두고 있어 청정수소 생산시설이 필요하다.
그래서 산업부는 탄소포집형과 수전해 기반 수소생산시설 구축사업, 환경부는 바이오가스를 활용한 수소생산시설 구축사업에 국고를 지원하고 있다.
기술공사는 수소생산시설이 필요한 지자체와 협력해 시설 구축이 가능한 부지를 검토하고, 산업부나 환경부 공모사업에 참여해 지자체가 시행사업자로 선정될 경우 지자체로부터 사업을 위탁받아 기술공사 주도로 민간기업과 컨소시엄을 구성해 수소생산기지 구축·운영 사업을 추진할 계획이다.
현재 기술공사는 수전해 방식 1곳(평창, 연간 360톤)과 바이오가스 개질 방식 2곳(보령: 연간 210톤, 당진: 연간 860톤)의 청정수소 생산시설을 구축 중이다. 당진의 경우 CCU 설비를 추가해 탄소포집형으로 구축 중이다.
현재 추진 중인 3개 지자체(평택·보령·당진) 수소도시 조성사업 현황은?
기술공사는 전주-완주 수소시범도시 조성사업에 참여해 하루 2.4톤의 수소를 생산할 수 있는 완주 수소생산기지와 전라북도 지역의 수소충전소에 수소를 공급할 수 있는 출하설비를 완벽하게 구축함으로써 1기 수소도시 조성사업에도 참여할 수 있게 됐다.
현재 1기 수소도시부터 3기까지 모두 12개의 수소도시 조성사업이 진행되고 있는데, 기술공사는 1기 수소도시로 선정된 평택시와 보령시, 당진시에서 수소도시 조성사업을 추진하고 있다.
평택시에서는 수소도시 구성요건 중 가장 중요하고 비중이 큰 수소배관을 건설하기 위해 지금 상세설계를 진행하고 있다. 기술공사가 운영 중인 평택 수소생산기지와 평택항 수소교통복합기지를 연결하는 15km의 수소배관을 건설해 수소 공급의 안정성과 운영 경제성을 확보할 예정이다.
보령시와 당진시는 수소도시 조성사업 전체(수소배관, 건물용 연료전지 등)를 위탁받아 마스터플랜을 기본으로 수소도시 기본설계를 진행하고 있다. 특히 수소교통복합기지(국토부), 바이오가스 기반 수소생산기지(환경부), 탄소포집형 수소생산기지(산업부) 구축을 동시에 진행하는 대규모 수소 인프라 구축사업으로 확대함으로써 기존의 수소시범도시보다 더 확장된 형태의 수소도시가 조성될 것으로 예상하고 있다.
부안군 수소도시 조성 사업에도 참여한다. 지난 4월 23일 부안군과 업무협약을 체결했다. 이 사업은 새만금 신재생에너지 단지 내 구축되는 2.5MW 수전해 수소생산기지(산업부 지원)와 연계해 진행된다.
수소 생산기지·충전소·교통복합기지 등 다수의 수소 인프라를 구축·운영하고 있다. 이들 수소 인프라의 안전관리를 어떻게 하고 있나?
먼저 현장 중심의 안전관리 활동을 전개하고 있다. 매뉴얼에 따라 주기적으로 자체 안전점검을 시행하고, 지자체 및 소방서 등과 함께 가상 시나리오별 대응훈련을 하고 있다. 외부 전문기관의 재해 예방 기술지도와 현장 안전컨설팅도 받고 있다.
또 근로자의 안전을 최우선으로 확보할 수 있도록 현장에 스마트 안전플랫폼을 적용해 위험작업에 대한 실시간 모니터링과 인공지능 판별 시스템을 부분적으로 운영하고 있다.
특히, 가장 중요한 설비에서 안전사고가 발생하지 않도록 기술공사 본사(대전)에 수소 인프라 관제 시스템인 ‘수소DX센터’를 구축해 기술공사가 운영 중인 수소생산기지, 충전소와 온라인으로 연결해 설비의 운영상태(온도, 압력, 유량, 고장 발생 현황 등)를 모니터링하면서 설비가 최적의 상태로 운영될 수 있도록 관리하고 있다.
향후 이렇게 수집한 데이터를 기반으로 충전소 안전·유지보수 프로그램을 개발하고, 수소충전소 점검·정비용 모바일 애플리케이션과 증강현실을 활용한 원격 기술지원시스템을 접목해 전국 수소생산기지와 충전소에서 설비 고장이나 이상 발생 시 최대한 신속하게 대응할 예정이다.
최근 수소충전소 구축 방식에 많은 변화가 있는 것으로 보인다. 기술공사가 제시할 수 있는 충전소 모델을 소개해달라.
최근 수소버스 보급이 확대됨에 따라 수소충전소 규모는 대형화되는 추세이다. 그러다 보니 부지면적, 수소차 보급현황과 향후 계획, 주민 수용성 등 고객의 다양한 여건에 따라 수소충전소 규모는 다르게 요구된다. 특히, 지난해부터는 본격적으로 액화수소가 생산·공급되면서 수소충전소 선택의 폭은 넓어진 상태이다.
기술공사는 지금까지 액화수소충전소를 포함한 총 53개소의 수소충전소를 구축하고, 이 중 20개소는 운영까지 하고 있다. 현재 추가로 20개소를 구축 중이다. 이러한 경험을 바탕으로 고객의 요구에 따라 다양한 수소충전소 모델을 제안할 수 있다.
예를 들어 도심지 버스차고지와 같이 한정된 부지에 100대 이상의 많은 수소버스가 있고 인근에 주거지역이 가까워 주민 수용성이 어려운 곳에는 액화수소충전소가 필요하다. 액화수소충전소는 우선 부지면적을 최소화할 수 있다. 수소버스 100대를 운영하기 위해서는 하루 2톤 이상의 수소가 필요한데, 이를 기체로 공급할 경우 튜브트레일러가 매일 10대씩 필요하지만 액화수소 운송 트레일러는 1대면 가능해 주민 수용성에서 큰 차이가 있다.
50대 이상의 수소버스를 운영하면서 부지 여유 공간이 있다면 시간당 200kg의 수소 충전이 가능한 대용량 기체충전소가 적절하다. 만일 하루 1톤 이상의 수소를 충전하고 주변에 바이오가스 시설이 있다면 바이오가스 활용 수소생산시설과 연계한 온사이트형 수소충전소도 검토해볼 필요가 있다.
액화수소충전소의 BOG(자연증발가스) 과다 발생 문제가 가장 큰 이슈가 되고 있다. 기술공사가 증발가스 저감기술 연구개발을 통해 대안을 마련한 것으로 알고 있다.
기술공사는 SK이노베이션 E&S가 인천에 보유한 세계 최대 규모(하루 생산량 90톤)의 액화수소 생산 플랜트 운영·정비사업을 수행하고 있다. 액화수소충전소 구축사업도 하고 있다.
액화수소충전소가 여러 가지 장점이 있으나 아직 기술적 성숙도나 초기 운영 경험 부족으로 일부 문제점이 발생하고 있다. 그중에서 가장 큰 문제가 BOG가 과다하게 발생하는 것이다.
기술공사는 SK이노베이션 E&S와 협력해 ‘충전소 가상 운영 시뮬레이션’을 활용해 증발가스 발생원인을 분석한 결과 ‘운송’ 공정에서 4.3%, ‘압축·충전’ 공정에서 64.5%, ‘저장’ 공정에서 31.2%가 발생하는 것을 확인했다.
이를 바탕으로 ‘액화수소 하역과정에서 균압 배관을 활용한 저감 방안’, ‘압축과정에서 발생하는 증발가스 회수 방안’, ‘저장탱크 상부에서 발생하는 증발가스 재사용 방안’ 등 공정별 저감기술을 개발해 액화수소충전소에 적용해본 결과 증발가스 손실량 저감효과를 확인했다.
기술공사는 전국에서 가장 많은 액화수소충전소를 운영 중인 SK이노베이션 E&S에 증발가스 저감기술을 이전했고, 향후 이 기술을 필요로 하는 기업이 있다면 공유할 계획이다.
기술공사의 액화수소 사업 전략과 시장 확대 계획은?
수소모빌리티는 향후 승용차보다는 수소버스 같은 상용차 중심으로 성장할 것으로 예상된다. 이렇게 되면 사람이 많은 수도권이나 도심지 중심으로 대용량 수소충전소가 필요하게 될 것이다. 그때가 되면 기체수소로는 운영하는 데 한계가 있다.
낮은 압력으로 운영해서 안전하고, 충전속도는 빠르면서 적은 부지면적을 차지하고, 한 번에 3톤의 수소를 운반함으로써 운송비 절감과 주민 수용성 확보가 가능한 액화수소충전소가 향후 수소모빌리티 대중화 시대의 답이 될 것이다. 기술공사가 액화수소충전소에 집중하고 시장을 확대하려는 이유이다.
기술공사는 지난해 산업부로부터 액화수소충전소 20개소를 구축하고 운영할 수 있는 규제특례를 승인받고 지자체를 대상으로 영업을 진행하고 있다.
액화수소충전소는 운영환경에 따라 증발가스 과다 발생과 고가의 구축비용 및 유지보수비용 등의 단점이 있다. 이는 액화수소충전소 보급 확산을 저해하는 요인으로 작용하고 있다.
기술공사는 액화수소충전소 구축·운영의 경제성을 확보하기 위해 다양한 민간기업과의 협력 및 연구개발을 통한 액화수소 관련 소부장 국산화로 사업화를 진행하고 있다.
또 액화수소 충전 과정에서 발생한 BOG 100% 활용이 가능하고, 액화수소펌프 고장 시에도 충전할 수 있는 ‘기존 액화수소충전소에 BOG 회수시스템을 추가하는 방식’이나 액화수소 저장탱크에서 자연 기화하는 BOG 외에는 충전과정에서 발생하는 BOG가 없고, 설비 고장으로 인한 충전소 가동 중지 가능성이 가장 낮은 ‘이와타니 방식의 충전소’를 제안하는 등 액화수소충전소 운영사업자 중심으로 가장 경제성 있는 설비를 구축하는 전략으로 사업을 추진하고 있다.
해외 수소사업 추진 현황과 향후 계획을 말해달라.
기술공사는 국내 시장에서 쌓은 수소사업에 대한 경험과 노하우, 기술력을 바탕으로 우수한 기술경쟁력을 가진 국내 기업들과 함께 해외시장으로 진출하는 것이 궁극적인 목표이다. 그 일환으로 국내 기업들과 협력해 ‘해외 수소 기반 대중교통 인프라 기술개발’ 연구과제를 국내와 UAE 현지에서 진행하고 있다.
지난해까지는 국내 충전소 구축·실증 단계로, 대전시 금고동에 수전해 설비를 갖춘 온사이트형 수소버스 충전소 구축을 완료하고 수소충전소 표준모델 개발, 동시·연속충전 프로토콜 개발, 버스차고지형 수소충전소 국산화 제품 실증, 현지 환경 적용을 위한 대용량 수전해 모듈기술 개발, 해외 현지 최적화 수소생산 시스템 개발, 수전해 현지 적용 요소기술 개발 등 다양한 실증을 진행하고 있다.
올해부터는 UAE 현지 환경에 적용할 수 있는 수소충전소 운영기술 개발, 해외 실증을 고려한 충전시스템 설계, 해외전력 연계 수소생산시스템 최적화, 수소생산시스템 모니터링 기술적용을 통해 UAE에 수전해 기반의 온사이트형 수소버스 충전소를 구축할 예정이며, 이 과제를 기반으로 해외에서 수소 인프라 EPC·O&M 사업을 추진할 것이다.
수소산업의 성장을 위해 정부 정책적으로 시급하게 개선되어야 하는 점은 무엇이라고 생각하나?
부생수소는 어느 정도 경제성이 있겠지만 그린수소는 물론이고 블루수소, 그레이수소 모두 경제성을 맞추기가 쉽지 않아 지금도 수소를 생산하는 데 어려움이 있다. 그래서 모빌리티 공급용 수소생산 사업자에 대한 정부의 보조금 또는 지원금이 필요하다.
수소가 발전용으로 사용되면 일반수소발전시장이나 청정수소발전시장을 통해 전기를 생산해 석탄·LNG 등 기존 발전보다 비싼 값에 판매할 수 있어 발전용 수소는 인센티브가 있는 셈이다. 그러나 모빌리티용 수소는 아무런 인센티브가 없다.
가장 저렴하게 수소를 생산할 수 있는 개질수소는 LNG를 수입해 사용함에 따라 국내외적 영향으로 LNG 가격이 오르면 수소생산 비용이 높아질 수 있고, 수전해 방식으로 생산하는 청정수소는 많은 전력이 소모됨에 따라 개질수소 대비 무척 비싸게 생산할 수밖에 없는 게 현실이다. 수소산업 밸류체인의 맨 앞단인 수소생산 단계에서 탄소배출량에 따라 차등해 보조금이 주어진다면 저장·운송·활용 단계의 사업자 모두에게 혜택이 돌아가 수소산업 전체를 활성화할 수 있을 것이다.
다음으로는 바이오가스를 기반으로 수소를 생산할 때 이 수소를 청정수소로 인정해주는 정책이 필요하다.
가축분뇨, 하수슬러지, 음식물폐기물 등의 유기성 폐자원이 혐기성 소화 과정과 고질화 과정을 통해 메탄(바이오가스)을 만들고, 이를 개질하면 바이오수소가 나오게 된다. 그간 공기 중으로 버려지던 폐기물인 바이오가스를 재활용해 생산한 바이오수소는 이산화탄소 발생량 증가 없이 수소를 생산할 수 있기에 청정수소로 인정받아야 한다.
환경부는 전국 지자체에 통합 바이오가스화 시설 건설을 지원하고 있으며, 바이오가스 생산을 늘리도록 권장하고 있다. 바이오수소가 청정수소로 인정받아야만 환경부 정책이 힘을 받을 수 있다.
끝으로 덧붙이고 싶은 말이 있으면 해달라.
아직도 많은 국민이 수소가 위험하고 폭발한다는 막연한 불안감을 가지고 있어 주민 민원으로 사업 진행이 늦어지는 경우가 종종 있다. 수소나 도시가스 등의 에너지는 편리하고 깨끗하면서 위험성도 있으나 기술적으로는 모두 철저하게 검증된 설비이다. 당사와 같은 기술회사가 시공함으로써 안전을 확보할 수 있고 사용자가 충분히 통제할 수 있는 설비이다.
수소 설비에 대한 막연한 불안감이 사라질 수 있도록 대국민 홍보활동을 지속적으로 추진해 수소가 안전하다는 인식의 전환을 위해 노력하겠다.
