한전이 CO2 배출 없는 ‘그린수소’ 사업을 본격 추진 하면서 관심은 P2G 기술로 쏠리고 있다.
그린(Green)수소는 이산화탄소 배출을 수반하지 않는 수소로, 주로 수전해(P2G) 기술을 통해 수소를 생산한다.
이에 반해 수소를 추출, 생산하는 과정에서 질소산화물, 이산화탄소 등을 배출하는 수소를 그레이(Gray) 수소라고 한다. P2G 기술은 재생에너지가 늘면서 간헐성을 극복하는 방안의 하나로 주목을 받고있다. 지금까지는 ESS가 그 역할을 해왔지만 경제성은 물론 용량의 한계로 인해 ESS의 역할은 제한적이란 평가를 받았다. ESS의 이런 한계를 극복하기 위해 최근 세계 각국에서는 Power to Gas(P2G) 개념을 도입해 수소에너지를 저장해 에너지원으로 사용하고자 하는 움직임이 활발하게 추진되고 있다.
수소에너지는 수소를 직접 연소하거나 연료전지의 연료로 사용해 고품질의 전기에너지로 쉽게 전환할 수 있으며 수송에너지로서 활용성도 매우 높다. 에너지를 수소 형태로 저장할 경우는 높은 에너지 밀도를 갖고 있기 때문에 ESS에 비해 큰 저장용량을 확보할 수 있게 된다. 또한 가스 및 액체 형태로 수송이 가능하며 전력에 비해 수송 손실이 1/10수준에 불과하다. 뿐만 아니라 수소에너지는 사용 과정에서 물만 배출되는 청정에너지원으로 온실가스 저감을 위한 탈탄소화 에너지라 할 수 있다.
경제성과 친환경성을 갖고 있기 때문에 정부는 지난 5월 탄소 배출 없는 그린수소 생산을 위한 사업을 본격 추진했다. 한전을 사업자로 선정해 재생에너지 잉여전력을 활용한 수전해(P2G) 기술로 그린수소를 만들어 저장하는 사업을 정부과제로 추진했다. 그린수소 기술 개발 및 실증은 올해 본격 시작해 2022년까지 진행되며, 나주혁신산단 전력연구원 센터에서 진행한다. 정부는‘재생에너지 3020 계획’에 따라 계속 증가하는 재생에너지를 활용해 수소를 생산함으로써 재생에너지 잉여전력 문제를 해결하고 이로써 전력계통 안정성 유지에도 기여할 것으로 예상하고 있다.
이 연구에는 한전을 비롯한 산학연 17개 기업·기관이 참여하며 2일에는‘그린수소 기술개발 협력 MOU’ 를 체결했다. 한전은 수전해·메탄화·운영기술 개발 및 실증을 총괄하고 참여기업·기관은 수전해 수소 생산·저장·메탄화 및 운영시스템 개발을 위해 협력키로 했다.
재생에너지 확대 P2G 기술 필요로해..세계적으로 연구 활용 한창
P2G의 개념은 재생에너지원으로부터 생산된 잉여전력으로 수전해를 통해 수소를 생산하는 1차적 생산 개념과 이산화탄소를 포집해 생산된 수소와 재결합시켜 메탄화 시키는 2차 생산 개념을 포함하고 있다. 실증결과를 기준으로 수소생산의 경우는 약 60~70%, 메탄생산의 경우 40~65%의 효율을 갖고 있다. 이렇게 생산된 수소에너지는 기존의 가스망을 활용해 가정용, 발전용, 운송용, 산업용으로 연계할 수 있는 장점을 갖고있다. <그림 2>
독일의 전력회사인 E.ON사는 풍력발전과 연계해 2MW급 수소생산 P2G를 운영하고 있으며, Audi사의 경우 메탄 생산을 위한 6MW급 P2G 플랜드를 운영중에 있다. 이외에도 현재 시범 프로젝트 23개를 운영 중이며 3개의 프로젝트를 계획 및 진행 중에 있다.
스페인의 경우는 2016년 기준 총 재생에너지의 비중이 약 37%이며 2050년까지 90~100% 달성 목표로 하고 있다. 하지만 스페인의 발전 시스템은 재생가능에너지의 보급률은 높지만 계통연계에 있어 매우 제한적인 특징을 갖고 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 P2G 시스템과 연계해 잉여전력을 수소로 전환해 4백만톤 이상의 이산화탄소 배출 저감효과와 더불어 생산된 수소를 통해 약 300만대 이상의 연료전지 차량에 공급할 수 있는 수소를 생산할 계획이다.
프랑스에서는 1MW 재생에너지를 기반으로 수전해를 연계해 수소를 생산하고 가스망을 이용해 운송하는 Jupiter 1000 프로젝트를 수행 중이다. 네덜란드는 AkzoNobel과 Gasunie의 공동 프로젝트로 20MW 규모의 P2G 운영 프로젝트를 진행중에 있다. 미국은 DOE(에너지부) 주관으로 풍력발전과 수소생산을 연계해 LNG망을 통해 공급하는 Wind2H2 프로젝트와 NREL(신재생에너지연구소)이 태양광 발전 에너지로 수소를 생산하는 STH(Solar to Hydrogen) 프로젝트를 진행 중이다.
