일본산업뉴스요약

수소 공급망, 일본이 리드
궁극의 에너지사회를 위해 실증 가속

수소에너지의 대량 공급 시대를 위해 국내외에서는 공급망 구축 사업이 시작되었다. 후쿠시마현 나미에초에서는 재생가능에너지에서 나오는 전기로 수소를 제조하는 세계 최대 플랜트가 이번 가을에 완성된다. 브루나이에서 수소를 메틸시클로헥산(MCH)으로 변환하여 일본에 공급하는 실증 설비와, 호주의 갈탄에서 수소를 제조∙액화하여 전용 선박으로 일본에 공급하는 사업도 시작한다. 모두 세계 첫 실증실험을 통해 수소에너지 시대를 지원하는 인프라 구축을 목표하고 있다.

▶ PtG: 후쿠시마에 플랜트
재생에너지로 수소를 정제하여 공급하는 것이 수소 사회의 궁극의 모습이다. 일본에서는 신에너지산업기술총합개발기구(NEDO)의 사업을 통해 후쿠시마현 나미에초에서 대형 Power-to-Gas(PtG, 에너지저장∙이용) 플랜트가 완성에 가까워지고 있다. 2만kW의 태양광발전설비를 설치하여 그 전기와 계통전력에서 나오는 전기를 사용한다. 물전해 능력이 1만kW의 장치(아사히카세이의 알칼리 물전해 장치)로 수소를 시간당 최대 2,000㎥ 제조하여 고압 수송한다. 도시바와 이와타니산업, 도호쿠전력이 참가한다. 10월에 완성하고 본격 운전은 20년 7월을 예정하고 있다.

도시바는 PtG에 의한 에너지 매니지먼트 시스템을 구축한다. “재생에너지가 주력 전원이 되기 위한 백업을 한다. 재생에너지의 잉여 전력을 전력시장과의 당사자 구입으로 수요에 맞는 수소를 제조한다. 일종의 양수발전이다”라고 도시바 에너지시스템의 오타(大田) 부장은 설명한다. PtG 프로세스가 수소 공급망으로서 재생에너지 전기를 환류한다. 실증실험에서는 도호쿠전력에서 보내는 모의 신호를 받아 전기의 수급을 불안정한 전기를 사용해 밸런스를 유지하는 시스템으로 한다. 물전해 장치는 6,000kW로 상시 운전(연료전지차 1만대 분)한다. 오타 부장은 “재생 에너지의 잉여 전력을 수소화함으로써 재생에너지 시장은 더욱 증가할 것이다”라고 PtG의 역할을 설명한다.

야마나시현과 도레이, 도쿄전력홀딩스 등의 그룹도 NEDO사업에서, 고후시에 있는 1만kW의 태양광발전 설비의 전기를 사용해 100% 재생에너지를 사용한 PEM형(고분자막은 탄화수소계) 물전해 장치를 1,500kW 규모로 설치하는 PtG 프로세스를 20년도 말에 완성한다. 수소는 야마나시현 내의 공장에 공급한다.

▶ 액화: 운반∙추출 효율적으로 순환
대량의 수소를 해외에서 공급하는 시스템도 실용화를 위해 움직이고 있다. 지요다화공건설이 브루나이에서 MCH를 제조하여 컨테이너 선박으로 가와사키시로 운반하여 화력발전 연료로 이용한다. 가와사키시는 8월, 브루나이는 9월에 공사를 종료, 20년 1월부터 실증 시험 운전에 들어간다. MCH는 수소가 톨루엔에 반응한 화학품으로 상온 상압에서 수송한다. 지요다화공건설은 MCH에서 수소를 98% 이상의 효율로 추출하는 촉매를 개발하였다. 톨루엔을 MCH 생성 원료로서 재이용하는 것을, 브루나이-가와사키 사이의 공급망 구축사업에서 실증한다.

미쓰비시상사, 미쓰이물산, 니혼선박이 사업에 참가한다. 브루나이의 액화천연가스(LNG) 플랜트에서 가스를 공급해 수소를 정제, MCH로 변환하여 연간 최대 210톤의 수소를 컨테이너 수송한다. 수소 공급망 상용화를 위해, 재생에너지 수소에서 MCH를 제조하는 것도 타깃으로 하면서, 동남아시아와 호주 등에서의 수소 공급을 검토 중이다. “30년에는 상용화 규모로 연간 30만톤(100만kw 발전소의 연료 규모)의 수소 공급을, 케미컬 탱커를 이용한 MCH의 공급에서 실현하고 싶다”(지요다화공건설 수소체인사업추진부 나가이(長井) 부장). 물과 톨루엔으로 MCH를 직접 합성하는 등의 기술 개발에도 주력하여 비용 절감을 추진한다.

▶ 갈탄: 미사용 자원을 활용
가와사키중공업은 액화수소 운반선으로 수소를 공급하는 공급망 구축에서, 액화수소 운반선의 건조를 효고현의 고베공장에서 6월에 시작, 효고현 포트아일랜드의 공항섬에서의 수용 기지 건설에도 착수한다. 7월에는 호주가 가스화 플랜트에서 갈탄에서 수소를 추출하여 액화하는 설비 기공식을 연다. 가와사키중공업은 이와타니산업, Shell Japan, J파워와 기술연구조합을 만들어 추진한다. 호주의 갈탄을 가스화하여 수소를 항구로 운반, 액화하여 세계 첫 전용 선박으로 일본으로 수송한다.

액화수소 운반선의 액화수소탱크는 하리마공장(효고현 하리마초)에서 건조한다. 1,250㎥의 탱크 1기가 된다. 또한 상용화할 때는 액화수소의 Boil Off Gas(BOG)를 선박 연료로 사용한다. 액화수소 운반선은 일본해운협회로부터 기본 인증을 얻었다. 중량은 8,000톤으로 시운전은 20년 여름이다. 21년부터 운항한다. 고베의 로딩암(Loading Arm)도 내구 시험을 통해 확인하였다. 수소의 누설을 최소화한 긴급이탈기구도 개발하였다. 가와사키중공업 수소체인개발센터의 니시무라(西村) 센터장은 “기술 과제를 하나하나 해결하여 선박과 기지를 건조하였다. 실증을 통해 상용화로 연결해 나갈 계획이다”라고 말한다.

호주 갈탄에서 추출한 수소의 공급은, 미사용 자원에서 수소를 제조하는 공급망 구축을 위한 대표 프로젝트로서 호주도 높은 관심을 보인다. 그린 수소로 하기 위해서는 이산화탄소의 회수∙저류(CCS)가 필요하다. 그러나 30년에 1㎥당 30엔의 수소 수입 가격을 위해 저가의 수소 공급을 실현하는데 있어서도, 세계에 방대하게 존재하는 갈탄에서 수소를 제조하는 사업은 재생에너지에서 수소를 공급하는 것과 함께 반드시 에너지 보안에 공헌할 것이다.

▶ ‘저장해 사용하는’ 시스템을 만들어야
대량 수소 시대의 수소 공급망 구축을 위해, 수소에너지 개발에서 세계적인 실적을 올리고 있는 후쿠시마재생가능에너지연구소∙재생가능에너지연구센터의 후루타니(古谷) 센터장은 “MCH는 기존의 인프라를 어떻게 사용하는가가 열쇠다. 연구센터도 재생에너지 수소에서 MCH를 제조하여 근처 공장에서 수소 연소하는 실증을 시작하였다”라고 밝힌다.

수소 제조는 비용이 물전해 장치와 관련된다. 후루타니 센터장은 “50년에 재생에너지를 대량 이용한 물전해 장치가 100만kW 규모로 도입되게 되면, PEM형 물전해 장치가 알칼리 물전해 장치보다 싸질 것으로 보고 있다”라고 말한다. 물전해 장치의 비용을 낮춰서 대형화하는 것이 재생에너지에서 수소를 공급하는 시대를 만들어 나간다. 후루타니 센터장은 “암모니아 100% 가스터빈 연소도 재생에너지에서 나온 수소로 세계에서 처음으로 실증하였다. 앞으로는 해외에서의 수소 공급도 포함해 얼마나 수소를 저장해서 사용하는 유통 구조를 창출하는 것이 중요하다”라고 지적한다.

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