발전소, 車충전소, 선박까지…수소 연료전지 사업 속도

[기로에 선 수소경제]
롯데SK, 울산 연료전지 발전사업 허가
수소·전기 복합 에너지 충전소 등장 예고
액화수소 연료전지 추진 선박 연구도 박차

편집자주지구 상에 가장 흔한 원소인 수소는 태울때 물이 배출된다. 온실가스 배출이 없어 탄소중립 시대 새로운 에너지원으로 주목받고 있다. 세계 각국은 수소 경제를 육성하기 위한 노력이 이뤄지고 있다. 우리나라는 세계에서 가장 먼저 수소차를 개발하고 보급률 1위를 기록하고 있지만 아직도 갈 길이 멀다. 특히 새정부 들어서면서 수소 정책이 뒷걸음질 치는게 아니냐는 우려가 확산되고 있다. 이에 미래 에너지원으로 수소의 역할과 정책적 지원의 중요성을 짚어본다.

롯데 SK 에너루트가 최근 정부로부터 울산 연료전지 발전사업 허가를 받았다. 울산시 남구 상개동에 위치한 롯데케미칼 울산공장에서 만든 부생수소를 활용하는 연료전지 발전소 2곳을 2025년 2월부터 가동한다는 내용이다. 총 3200억원을 투자해 50만MWh의 전력을 생산할 계획이다. 4인 가구 기준 12만 가구가 1년 동안 사용할 수 있는 규모다. 발전사업자를 제외한 민간 기업이 주도하는 국내 최대 규모 발전소가 될 전망이다.

가정이나 건물, 수송용으로 많이 쓰여왔던 수소 연료전지가 발전소와 선박으로 적용 영역이 늘고 있다. 석유화학업체나 조선사들이 수소 사업에 진출하면서 다양한 수요처를 발굴해 수소 생태계 육성에 나서고 있다.

롯데SK에너루트는 합작회사다. 롯데케미칼과 SK가스 가 45%씩 지분을 나눠 가졌다. 나머지 10%는 에어리퀴드코리아 몫이다. 롯데케미칼은 에어리퀴드와 작년 12월 수소 유통 사업을 추진하기 위해 '롯데에어리퀴드 에너하이'를 설립하기도 했다. 모두 부생수소를 활용하기 위한 사업체다.

부생수소는 석유화학 공정에서 발생하는 부산물 가운데 수소가 많이 포함된 혼합가스로 만든다. 고압을 가해서 흡착하는 방식으로 가스를 정제해 수소의 순도를 높인다. 고순도의 수소를 연료전지에 공급해 전력을 생산한다. 롯데SK에너루트는 또 전국 주요 거점에 수소충전소를 구축해서 수소차에 수소를 공급한다는 계획이다.

에너하이도 롯데케미칼 대산공장 내 부생수소를 활용한 대규모 고압수소 출하센터를 건설하고 2024년 하반기에 유통 사업을 시작한다. 국내 최대 규모인 연간 생산량 5500t 이상 수소 생산능력을 갖출 예정이다. 승용차 기준 4200대의 연료를 하루에 충전 가능한 양이다.

연료전지 생산업체 두산퓨얼셀 과 SK에너지는 수소와 전기를 공급하는 복합 에너지 충전소 사업 진출을 모색하고 있다. 두산퓨얼셀이 개발한 연료전지 시스템 '트라이젠'과 SK에너지가 개발한 수소 고순도화 설비를 쓸 계획이다. 트라이젠은 전기와 수소, 열을 동시에 생산할 수 있는 연료전지 시스템이다.

SK에너지 고순도화 설비를 이용해 트라이젠이 만든 수소의 순도를 99.99%로 끌어올린다. 이 기술 구현에 성공하면 주유소에서 수소와 전기를 생산하고 이를 수소차, 전기차에 공급할 수 있다.

LG화학 은 충남 대산 사업장에 연산 5만t 규모의 수소 공장을 건설해 나프타분해공정(NCC)의 연료로 사용할 계획이다. SK E&S도 올해부터 SK인천석유화학의 부생수소를 활용한 연 3만t 규모의 액화수소를 생산, 충전소에 판매할 예정이다.

조선사들은 선박용 연료전지 상용화에 매진하고 있다. HD한국조선해양 은 지난해 독일 뒤셀도르프에 유럽 연구개발(R&D)센터를 설립했다. 이어 유럽 최대 연구기관인 독일 프라운호퍼, 연료전지 부품 제조사 엘코젠과 선박·발전용으로 쓰이는 대용량 고체연료전지시스템(SOFC)의 상세 설계 작업을 하고 있다. 시제품 테스트도 시작했다.

SOFC는 수소 외 천연가스나 암모니아 등 다양한 연료를 산소와 반응시켜 전기를 만든다. 발전 효율이 높고 가동할 때 나오는 고온(600~1000℃)의 폐열을 재활용할 수 있어, 선박 엔진 및 열병합발전에 적합하다. 현재 가장 진화한 연료전지 기술로 평가받는다. 한국조선해양은 2025년부터 두산퓨얼셀과 선박용 SOFC 실증사업을 한다.

삼성중공업 도 액화수소 연료전지 선박 추진 시스템 개발에 성공했다. 액화수소와 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 전력을 만들어 선박의 추진 에너지원으로 활용하는 방식으로, 노르웨이 선박 검사기관 DNV로부터 기본 인증을 획득했다.

오현길 기자 ohk0414@asiae.co.kr