[한국기술뉴스] 중앙대학교 화학신소재공학부 이철진 교수와 이주성 석박사 통합과정 학생, 알리 셰리프 박사 연구팀이 해외로부터 대규모의 수소가 도입될 것으로 예상되는 미래 시대상에 발맞춰 ‘대규모 해외수소 도입 공정의 최적 설계 기술’을 개발했다. 

현재 국내 수소 수요는 급증하고 있다. 2050년이면 현재보다 수소 사용량이 7배 늘어나 연간 국내 에너지 수요의 20% 이상을 수소가 차지하리란 전망도 제시된다. 이처럼 늘어나는 수소 수요를 충족하기 위해서는 대규모의 해외 수소 도입이 불가피하다. 

연구팀은 이번 연구를 통해 국외 수소 생산지, 해상 운송, 국내 수소 수요지 등의 요인들을 통합 분석했다. 이를 기반으로 액체 수소, 암모니아, 톨루엔-메틸시클로헥산, 디벤질톨루엔-페르히드로디벤질톨루엔, 메탄올 등 5개 대상 물질의 화학적·물리적 저장과 변환 공정을 포함한 해외 수소 도입 공급망을 설계했다. 연간 30만 톤의 수소를 선박을 통해 해외에서 도입하는 대륙 간 수소 공급망에 대한 경제성·환경성 평가도 수행했다. 

또한, 수소 도입 비용과 탄소 배출량의 가장 많은 부분을 차지하는 수소변환 공정의 효율을 높이기 위해 액화천연가스(LNG)를 활용하는 수소액화 공정, 고체산화물연료전지(SOFC)의 폐열을 활용하는 수소 재변환 공정을 제안했다. 재생에너지를 사용하는 장기적인 관점에서의 경제적, 환경적 성능도 비교했다.

연구 결과 현재는 경제적인 측면에서 톨루엔, 메탄올, 암모니아를 활용하는 수소 운송망이 상대적으로 우수했다. 연구팀은 액체 수소의 경우 공정 최적화를 통한 액화효율 향상이 필요하다는 점과 장기적인 관점에서 재생에너지가 상용화될 경우 암모니아를 활용하는 방법이 가장 낮은 탄소 집약도를 보인다는 점도 밝혔다. 

이철진 교수는 “이번 연구는 향후 해외로부터 대규모의 수소 도입이 예상되는 상황에서 경제적이고 환경적으로 유망한 공정기술을 제안했다는 것에 의미가 있다. 곧 도래할 수소 사회의 인프라를 구축하는 과정에서 최적의 수소 저장·변환 기술을 선택하는 것은 매우 중요한 문제”라고 말했다. 

연구팀이 한국가스공사와 공동 연구로 진행한 이번 연구 결과는 ‘대규모 해외수소 운송: 기술경제성 및 환경성 분석(Large-scale overseas transportation of hydrogen: Comparative techno-economic and environmental investigation)’ 논문을 통해 확인 가능하다. 해당 논문은 2020년 인용 지수 14.982를 기록한 지속 가능한 재생 에너지와 기술 분야의 저명 학술지 ‘Renewable and Sustainable Energy Reviews’ 9월호에 게재될 예정이다.