일본산업뉴스요약

수소 공급망 실증 막바지
CHIYODA, 연말까지 기술 검증

CHIYODA(千代田化工建設)가 실시하는 수소생산 연구가 막바지에 접어들었다. 풍력발전의 여유 전력으로 물을 분해하여 수소를 만들고, 그것을 정제하는 내용이다. 수소를 만드는 베이스 전력을 깨끗한 풍력을 이용하여 CO₂를 배출하지 않는 에너지산업을 목표로 한다. 재생에너지를 가스로 하여 운반하는「Power to Gas」는 유럽에서 연구가 많이 진행되었으며, CHIYODA는 일본의 선두를 목표로 한다.

CHIYODA가 그리는 수소 공급망의 혜택을 받는 것은 자동차나 발전소이며, 각각의 연료로서 공급한다. 그러나 새로운 에너지 인프라를 단독으로는 구축할 수 없다. CHIYODA는 2019년 2월까지 4년동안의 실증 프로젝트의 마무리 단계에 접어 들었으며, 현재는 협력기업과 요소기술을 채우고 있다. 우선은 물을 대량으로 전기 분해하는 에너지가 반드시 필요하다.

-- CO₂를 배출하지 않는다 --
만약 그 에너지가 CO₂를 배출하는 화력발전소의 전력이라면 깨끗한 수소 생산이라고 할 수 없다. 그래서 CHIYODA의 실증 시험에서는 풍력발전소의 여유 전력을 사용한다. 앞서고 있는 독일에서도 풍력발전을 사용하고 있다. CO₂를 배출하지 않는다는 점에서는 태양광발전도 에너지원의 후보다. 실증 시험에는 10억 엔이 투자되었다.

실제 풍력발전의 전력은 사용하지 않는다. 도호쿠(東北) 지역 3곳의 풍력발전소를 모델로 요코하마국립대학이 개발한 시뮬레이터를 이용하여 수소 생산을 위해 공급할 수 있는 출력을 조사한다. 다음 단계인 전해(電解) 프로세스는, 에너지를 사용하여 물에서 수소가스를 생산한다.

전해장치의 개발은 Asahi KASEI(旭化成)가 담당하고 있다. 보내오는 전력이 어느 정도 불안정하더라도 안정적으로 수소를 만들 수 있는 장치를 만드는 것이 목표다. 9월말까지 실험 장치로 데이터를 수집, 연말까지 분석한다.

가나가와현에 있는 Koyasu Office & Research Park에 있는 CHIYODA의 실험 플랜트에서 순도가 높은 수소를 정제하고 있다.

정제공정은 복잡하다. 물을 전기 분해한 후의 거친 수소 가스는 불순물을 포함하고 있기 때문에 특수한 샤워로 씻어낸다. 그 후에 알루미나 계열의 촉매로 산소를 제거하여 수소의 순도를 높인다.

연구는 조금씩 추진해 왔지만, 2016년 5월부터 수집해 온 플랜트 성능 데이터에 대해서는 올해 말까지 분석을 계속한다.

실험에서는 생성된 수소는 연소하고 있다. 그러나 실제 비즈니스에서는 다시 저장하거나 운반하거나 한다. CHIYODA는 이 저장과 운반에 필요한 기술을 이미 개발 완료하였다. 유기화합물 톨루엔과 반응시켜 액체인 Methylcyclohexane으로 바꾼다. 이것으로 저장도 운반도 간편하게 된다.

Methylcyclohexane의 체적은 수소 가스의 500분의 1이다. 일반적인 화학탱커로 소비지까지 운반한 후, 다시 톨루엔과 수소를 분리하여 수소를 연료로 사용한다.

공급망이 완성되면 연료전지차 등에 대한 연료공급 이외에 다양한 사업이 싹을 틔울 것이다.

-- 트럭으로 운반 --
예를 들면, 전력회사에는 재생에너지의 간단한 운반방법을 제안할 수 있다. 현재, 전력회사는 재생에너지의 잉여 전력을 리튬이온 배터리에 축적하고 있지만, 용량이 크다고는 할 수 없다. Methylcyclohexane으로 전환하면 일반적인 화학품용 트럭에 싣기만 하면 된다.

풍력발전이나 태양광발전은 기후에 따라 발전량이 크게 변동한다. 이 때문에 현재는 전력회사가 화력발전소의 발전량을 늘리거나 줄이고 있다.

그러나 재생가능에너지의 양이 증가하여 에너지 공급량의 진폭이 커지면, 화력발전소를 컨트롤하는 것 만으로는 대응하기가 어려워질 수도 있다. 수소의 생산능력을 올리지 않으면 안 된다. 따라서 이번 실증의 의미는 크다.

수소에너지를 보급하는데 문제가 되는 것은 비용이다. 풍력발전이나 태양광발전의 잉여 전력만을 대상으로 해서는, 시스템의 도입 비용에 맞는 수소를 생산할 수 없다.

CHIYODA 이외의 기업도 수소의 제조 등에 대해 개발을 추진하고 있지만, 일장일단이 있다.

가와사키중공업이 수소가스를 영하 253도로 냉각시켜 액화하는 방법을 주장하면서 액화수소전용 탱커를 개발 중이다. 가스를 냉각하여 운반하는 LNG의 발상에 가깝지만, 액화 설비나 운반 등의 인프라 정비에 비용이 든다는 지적도 있다.

IHI는 수소분자를 많이 포함하는 암모니아를 연료로 사용하는 발전용 가스터빈을 개발하고 있다. 그러나 암모니아를 연소하면 질소산화물이 발생하게 된다.

정부는 도쿄올림픽과 패럴림픽이 개최되는 2020년, 해외에서 수소를 일본으로 운반하여 이용하는 프로젝트 실시를 준비하고 있다. 그 프로젝트에는 이러한 기술 중에서 성공한 기술이 활용될 전망이다.

  -- 끝 --