산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2025.11 (p.14-16)

오사카가스, e-메탄 상용화를 위한 신규 거점
인접 시험 설비로 비용 저감에 주력

오사카가스는 2025년 9월, 오사카시 고노하나구 도리시마 지구에 연구개발 신규 거점인 ‘Daigas Innovation Center’의 준공을 발표했다. 오사카가스는 수소(H₂)와 이산화탄소(CO₂)로부터 메탄(CH₄)을 합성하는 ‘e-메탄’에 주력하고 있으며, 2030년에는 공급하는 도시가스의 1%에 해당하는 e-메탄 도입을 목표로 내걸었다. 이번 신규 거점을 축으로, e-메탄 상용화를 위한 생산 설비의 스케일업과 생산 비용 저감을 가속한다.

2025년 9월 말부터는 같은 도리시마 지구에 있는 구(舊) 첨단기술연구소의 실험 장치를 순차적으로 이전한다. 신규 거점의 연면적은 1만 6000m²로, 랩(실험) 구역은 산이나 용제에 내성이 높은 도장으로 마감하는 등 실험 용도에 맞게 조성했다. 사고를 즉시 알아차릴 수 있도록, 오피스 구역에서 실험을 직접 육안으로 확인할 수 있는 랩 구역도 마련했다.

입주 인원은 약 250명을 예정하고 있다. 오사카가스 첨단기술연구소에서 연구원 등 140명, 엔지니어링부에서 10명이 근무하는 것 외에, 축전지 등을 연구하는 자회사 KRI(교토시) 소속 100명도 신규 거점에서 근무한다.

-- 신규 거점은 e-메탄 합성 시험 시설에 인접 --
오사카가스의 후지와라(藤原) 대표이사 사장은 “현 시점에서 e-메탄은 천연가스에 비해 (생산 비용이) 비싸다. 하지만 저렴하게 생산만 할 수 있다면, 액화·운반·기화·연소에 이르기까지 기존 비즈니스를 활용할 수 있다. 비용 저감을 위해 연구·기술개발의 모든 것을 집중하겠다”라고 말한다.

실제로 신규 거점은 e-메탄 합성 시험 시설에 인접해 건설되었다. 이 시험 시설도 2025년 봄에 막 가동을 시작했으며, ‘SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell, 고체 산화물형 전해 셀) 메타네이션’을 통해서 200가구 규모에 해당하는 e-메탄을 합성할 수 있다.

이 SOEC 메타네이션은 기존 방식인 ‘사바티에 메타네이션’에 비해 생산 비용이 낮다고 알려져 있다. 사바티에 반응에서는 물(H₂O)을 수소와 산소로 전기분해(전해)한 뒤, 촉매를 사용해 수소와 CO₂로부터 메탄을 합성한다.

한편, SOEC에서는 먼저 수증기와 CO₂의 혼합가스를 공전해해 수소와 산소와 일산화탄소(CO)로 변환한다. 이후 금속 산화물 촉매를 통해서 수소와 CO로부터 메탄을 합성하는 흐름이다.

메타네이션은 생산 비용의 대부분을 이 수소를 만들기 위한 전해 공정이 차지한다. 탄소중립을 내세우는 이상, 사용하는 전력도 재생에너지 유래가 전제다. SOEC는 이 수소 제조에 필요한 전력 소비가 기존의 사바티에 반응에 비해 뛰어나다.

오사카가스에 따르면, 투입한 전력 에너지량 대비 얻어지는 연료 에너지의 비율을 ‘변환 효율’이라고 정의했을 경우, SOEC에서는 85~90%의 효율로 생산할 수 있다고 한다. 한편, 기존 사바티에 반응의 변환 효율은 55~60%에 그친다.

-- 변환 효율이 높은 SOEC, 스케일업이 과제 --
다만 이 SOEC는 아직 실증 단계이며 기술 과제도 많다. 예를 들어 대형화에 필요한 전해 셀의 적층화나 가스를 더 효율적으로 확산시키기 위한 내부 설계 등에 개선의 여지가 있다. 또한 공전해 과정에서 CO₂에서 변환한 CO는 금속에 악영향을 미치기 때문에 CO 피독 내성을 고려해 개발해야 한다.

신규 거점에서는 이러한 다양한 기술 개발에도 대응하기 위해, 한 개의 실험실만으로도 600m²가 넘는 대공간 랩(실험) 공간을 마련했다. 처음부터 넓은 공간을 확보해, 대형 설비나 실험 장치도 추후 반입할 수 있도록 실험의 자유도를 높였다.

오사카가스는 2030년을 목표로 SOEC 메타네이션의 파일럿 스케일(1만 가구 규모) 생산 시설을 건설할 계획이며, 도리지마 지구를 포함해 후보지를 선정 중이다. 이 SOEC 메타네이션은 2040년대 상용화를 목표로 한다.

-- 기존 방식의 스케일업은 착실히 진행 --
오사카가스는 기존 방식인 사바티에 메타네이션을 통한 메탄 생산도 INPEX와 공동으로 실용화를 목표하고 있다. 2025년 가을부터 니가타현 나가오카시에서 1만 가구 규모의 메탄 생산 시설이 시운전을 시작하며, 2026년 2월에는 실증 운전에도 들어갈 계획이다.

이 사바티에 메타네이션 시설에서는 INPEX의 나가오카광장(鉱場) 고시지하라 플랜트에서 천연가스에서 분리·회수한 CO₂를 메탄 원료로 사용한다. 합성된 메탄은 천연가스 파이프라인을 통해 수소할 계획이며, 클린가스 증서 등 환경 부가가치를 포함해 활용한다.

다만 합성 메탄의 또 다른 원료인 수소는, 현 시점에서 재생에너지 유래 유통량이 매우 적다. 그 때문에 국내 수소 제조 사업자로부터 수소를 구매해 메탄 원료로 사용할 예정이며, 플랜트의 목적은 ‘메타네이션 시스템의 건전성 확인’을 무게를 둔 형태다. 또한 원료 수소 발열량에 대한 합성 메탄 발열량의 비율을 나타내는 '가스로서의 에너지 효율'은 75% 이상을 목표치로 설정했다.

오사카가스는 기존 사바티에 메타네이션의 생산 실증을 진행하면서, 자사가 개발에 주력하는 SOEC 메타네이션의 실용화를 서두른다. 이들 e-메탄 외에 바이오가스 등의 선택지도 고려하면서, 2050년에는 도시가스의 90%를 e-메탄으로 대체하는 것을 목표로 한다.

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Nikkei Monozukuri_2025.11 목차

도전자
과제 설정부터 해결까지가 연구개발
사카모토 고이치(고베제강소 이사집행임원 전사기술개발총괄)

뉴스의 심층
・오사카가스, e-메탄 상용화 위한 신규 거점 -- 인접 시험 설비로 비용 절감에 주력

・핵융합용 초전도 케이블 검증 막바지 -- Helical Fusion, 고자기장 시험으로

・일본의 양자 스타트업 5곳을 미국 유럽 VC가 지원 -- 나와라 차세대 유니콘

・NVIDIA, 신규 임베디드 모듈 공개 -- 성능 7.5배로 휴머노이드 로봇과 생성형 AI도 커버

・거울 같은 알루미늄포일이나 종이에 부품 구현 등 -- 특기 기술과 기대의 신사업 집결
‘모노즈쿠리 파트너 포럼 오사카 2025’ 보고

REPORT
・도카이도 신칸센 고다마 764호의 연기 발생 사고 -- 과거 손상 이력 있는 2개 부품

・노벨 화학상에 ‘MOF’ 개발자 -- 교토대학 기타가와(北川) 교수, 연구에 더욱 의욕적

・일본 시장에서 수소나 원자력에 도전하는 3M -- 에너지 관련 재료에 주력

특집1
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Part 1. 높아지는 기대
‘기름을 만드는 조류’, 엑스포 일본관의 주역으로 -- 발전소의 CO₂로 대량 배양

Part 2. 수소산화균
미개척 가스 발효로 만드는 생분해성 플라스틱 -- 가네카, 닛키HD와 시마즈제작소와 협업

Part 3. 미도리무시
인장강도 30MPa의 접착제 실현 -- 200℃에서 간단 분해해 유럽 폐차 규제 대응

Part 4. 스마트 셀
미생물의 품종 개량 불과 1~2년 -- 로봇과 양자계산으로 초고속 개발

Part 5. 스케일업
대형 배양을 유체 해석으로 철저 재현 -- 3000L급에서 생산성 3배 실증

Part 6. 아카데미아
남세균(시아노박테리아)에서 에틸렌 등 -- 대학 기술 전시회의 주목 기술 4선

Part 7. 앙케트, 제조 조사 랩
50% 이상이 ‘석유 대체’ ‘순환 사회’에 기대 -- 소모품용 원료로서 수요 강세

사고는 말한다
엡실론S 로켓의 연소 시험에서 폭발 -- 원인은 열 방호재 소손 가능성

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디지털로 효율화는 정말 가능한가 외

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