연료전지모듈을 활용한 덴마크 수소도시, 35가구에 수소를 공급할 수 있는 공급망 구축
덴마크는 Nakskov Hydrogen Society Project를 통해 롤란드섬 Nakskov에 서 수소를 생산하고 Vestenskov에 수소를 공급하고 있다. 이를 위해 연료 전지모듈(마이크로 수소연료 열병합발전소)을 각 가정에 설치하고, 2008년 4가구에서 2009년 35가구에 수소를 공급할 수 있도록 공급망을 구축했다. 공 급방식은 천연가스공급방식과 동일하며 수소가 각 가정에 공급되기 전에 탱 크에 저장되며 파이프를 통해 공급한다.
자료: 미래를 반기는 깨끗한 수소 시범도시 추진전략, 국토교통과학기술진흥원, 2019 [그림 Ⅱ-25] 덴마크 수소연료전지 도시프로젝트 개념도
나. 영국
천연가스 배관을 활용한 영국의 수소도시, 세계 최초 수소도시 전환 목표
영국은 2030년까지 영국 리즈(Leeds)시를 세계 최초 수소도시로 전환하기 위해 H21 Leeds City Gate Project를 진행 중이다. 이 프로젝트는 2016년 7월 프로 젝트 추진을 위해 기술적, 경제적 관점의 타당성 검토를 수행하였으며, 기존 천 연가스 배관을 이용해 수소를 공급 할 예정이다. 기존의 가스소비자에게 미치 는 영향을 최소화하면서 점진적인 수소 전환 계획을 가지고 있으며 천연가스 개질과 열 공동 저장방식 등 기존 인프라를 활용 할 계획이다.
자료: 미래를 반기는 깨끗한 수소 시범도시 추진전략, 국토교통과학기술진흥원, 2019 [그림 Ⅱ-26] 영국 Leeds City Gate Project 개념도
다. 네덜란드
수전해를 활용한 네덜란드 수소도시, 친환경 수소 경제 도시 구현
네덜란드는 Netherland Hystock Project를 추진하고 있다. 유럽 내 수소에너 지 생산 2위인 북부지역을 중심으로 친환경 수소 경제 도시 구현이 목표이 다.
이 프로젝트는 네덜란드의 첫 번째 수전해 활용 수소생산 프로젝트로 1MW용량의 태양광 에너지를 활용해 연 27만 톤의 수소를 생산 및 활용하고 있다. 또한 해상풍력발전, 천연가스 개질 등 2050년까지 수소 대량 생산을 통 해 kg당 2~3유로의 수소에너지 가격 경쟁력 확보도 추진하고 있다.
자료: 미래를 반기는 깨끗한 수소 시범도시 추진전략, 국토교통과학기술진흥원, 2019 [그림 Ⅱ-27] 네덜란드 Netherland Hystock Project 개념도
라. 호주
국가 수소로드맵에 따른 수소도시 조성
호주는 국가 수소로드맵에 따라 수소도시 조성을 위한 타당성 조사가 추진 중이 다. 이 사업은 수소도시 지정 타당성 조사 수행 및 시범도시 지정 사업 착수 등 수소사용 시연, 주거용 설비의 공동설치 계획 등이 진행되고 있다.
자료: 미래를 반기는 깨끗한 수소 시범도시 추진전략, 국토교통과학기술진흥원, 2019 [그림 Ⅱ-28] 호주 수소도시 개념도
마. 일본
수소도시 구축을 위한 수소타운 프로젝트 시행
일본은 수소도시 구축을 위한 키타큐슈 수소타운 프로젝트를 2011년 1월 부터 시행하고 있다.
경제 산업성의 수소이용 사회시스템 구축 실증사업의 일환으로 수소에너지 모델타운 구축을 위한 실증시험인 이 프로젝트는 키타큐슈시 시가지를 통과하 는 파이프라인으로 일반가정, 상업시설, 공공시설에 수소를 공급하고 있다.
자료: 미래를 반기는 깨끗한 수소 시범도시 추진전략, 국토교통과학기술진흥원, 2019 [그림 Ⅱ-29] 키타큐슈 수소타운 구성도
가정용
연료전지시스템을 집중 설치한 후쿠오카 수소타운
후쿠오카 수소타운은 가정용 연료전지시스템을 집중적으로 설치한 세 계 최대의 수소타운이다. 신일본석유주식회사, 서부가스에너지주식회 사와 공동으로 마에바루시의 미나카제다이단지와 미사키가오카단지의 150세대를 대상으로 LP가스를 연료로 한 가정용 연료전지시스템을 설치하 였다.
2008년 말부터 4년간에 걸쳐 에너지 절감효과 등을 검증하고 있으며, 가정용 연료전지시스템을 100세대가 넘는 규모로 집중 설치한 것은 세계 최 초의 시도이다. 2010년 4월 ~ 9월 기간 중 150세대의 평균 이산화탄소 절감 량은 32.9kg/월(세대)이며, 연간 환산하면 전체 59Ton/년을 절감하였다.
연간 200건 이상의 시찰 및 취재
수소타운은 국내외로부터 연간 200건 이상의 시찰 및 취재가 있는 등 큰 주목을 끌고 있으며 향후 가정용 연료전지의 성능향상을 위한 실증 자료 수집을 계속 시행하여 수소타운 시책을 통한 가정용 연료전지의 보급을 지 원해 갈 예정이다.
자료: 후쿠오카 수소타운
[그림 Ⅱ-30] 후쿠오카 수소타운
제4절 국내외 수소산업 관련 신기술 및 신사업 모델
1. 국내
(1) 현대자동차 : 대형트럭
현대자동차 : 수소전용 대형트럭
“넵튠” 공개
현대자동차는 2020년에 개최된 “제1회 수소모빌리티+쇼”에서 수소전용 대형 트럭 콘셉트카인 “넵튠”을 공개하였다. 미래 수소전기 트럭의 방향성을 제시하 는 넵튠과 함께 현대자동차는 리더십을 상용 부문으로 확장하고 미래 친환경 상용차 시장의 패러다임 변화를 주도해 나간다는 방침이다.
넵튠의 디자인은 1930년대 유선형 스타일의 뉴욕 중앙철도 기관차에서 영 감을 받아 탄생하였으며, 물 흐르듯 매끄럽고 둥근 형태의 전면부와 매끈 한 일체형 구조가 적용돼 수소전기트럭에 특화된 독창적인 차체를 구현했 다.
3~4년 내 새로운 현대차는 향후 3~4년 내 대형트럭에 최적화된 고내구·고출력의 새로운 연 자료: 현대자동차
[그림 Ⅱ-31] 수소전용 대형트럭 넵튠
장착한 트럭 출시 예정
는 이동형 수소연료전지 발전기를 선보여 수소연료전지시스템의 다양한 산 업 분야로의 확장 가능성도 제시하였다.
발전용
수소연료전지시스 템인 이동형 수소연료전지 발전기 공개
이동형 수소연료전지 발전기는 수소전기차 넥쏘에 탑재된 연료전지 스택 2 기를 결합해 제작한 발전용 수소연료전지시스템이다. 별도의 보조 전력저 장장치 없이 연료전지 스택만으로 전기를 공급하는 방식으로, 160kW의 최 대 출력을 갖춰 정전 등 비상상황이 발생했을 때 전기 공급이 가능하다. 섬 이나 고산지대, 사막, 극지 등 전기 공급이 어려운 지역과 영화 및 방송 등 야외 촬영 현장에서도 사용할 수 있다.
특히, 2대의 전기차를 동시에 급속 충전할 수 있을 뿐만 아니라 승용차는 물론 배터리 용량이 큰 버스와 트럭 등의 상용차 충전도 가능하다. 돌발 상 황에서 충전이 필요한 전기차 모터스포츠 등 다양한 분야에서 사용할 수 있어 활용 범위가 매우 넓은 것이 강점이다.
이동형 수소연료전지 발전기는 물 이외의 오염물질을 배출하지 않는 친환 경 발전기로서 향후 디젤 발전기의 대안이 될 것으로 기대된다.
(2) 재료연구소 : 한국형 수소 생산모델 개발
한국형 수소 생산모델 개발을 위해, 재료연구소는 세계 최초로 촉매 일체형 전극 개발
과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 재료연구소(KIMS) 표면기술 연구본부 에너지융합소재연구센터 연구팀은 “소재-부품-시스템 전주기 통 합 기술”의 핵심기술 중 하나인 성능과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있는 촉매 일체형 전극을 2020년 8월 세계 최초로 개발했다.
온실가스 배출 없이 그린수소 생산에 적합한 수전해 기술 중 “음이온교환 막수전해”는 비귀금속 촉매를 사용해 고순도의 수소를 저가로 안전하게 생 산할 수 있으나 촉매 활성과 내구성이 낮으며 고가의 이리듐 산화물이나 백금 촉매를 사용해야하는 한계가 있다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 기능화 표면처리와 형상제어가 가능한 원스 템 촉매전극 직접성장 기술을 개발해 촉매의 활성과 내구성이 동시에 향상 된 촉매 일체형 전극을 개발하고 이에 대한 시스템 모사 연구를 수행했으 며, 본 연구결과를 실제 음이온교환막수전해 시스템에 적용하기 위해 현재 실증 연구를 진행 중에 있다.
2. 국외
(1) 일본 : 액체수소 수송선박
액화상태로 수소를 운반할 수 있는 수송선박 개발
수소연료전지차 등에 사용 될 수소를 액화상태로 운송할 수 있는 액화수소 운반선이 개발됨에 따라, 폭발 위험성 때문에 불가능했던 장거리 운송이 액화운반선의 등장으로 액화천연가스처럼 장거리 운송이 가능해 질 전망이 다.
시범사업으로 8,000톤급 액체수소 운반선 출항
일본 고베의 가와사키 중공업 야적장에서 ‘수소 프론티어’라고 불리는 액체 수소 운반선이 출항했다. 이 액체수소 운반선은 친환경 수소 연료전지의 전 세계 공급망을 건설하려는 일본의 계획 일환으로, 8,000톤 급 액체수소 운반선의 출항은 시범사업의 첫 단계이며 일본의 국가 에너지 전략에서 아 주 중요한 진전이라고 볼 수 있다.
가와사키중공업은 이와타니산업 등과 함께 호주에서 버려지는 갈탄에서 뽑 은 수소를 –253℃로 액화해 고베시내에 건설 중인 저장시설까지 운반한다 는 계획이며, 운반선은 올해 안전기준 시험 완료 후 시범 운항에 들어갈 예 정이다.
2년 이내 상용화 목표
일본은 2년 이내에 액화천연가스(LNG) 운반선에 해당하는 16만m²의 수소 를 한 번에 대량으로 수송할 수 있는 선박의 상용화를 목표로 하고 있다.
[그림 Ⅱ-32] 세계 최초 수소운반선 ‘수소 프론티어 호’
(2) 일본 : 무빙e
일본에서 수소전기버스를 활용한 이동식 발전시스템 개발
도요타자동차와 혼다 R&D가 손을 잡고 수소전기버스와 휴대용 외부전원 출력장치, 휴대용 배터리로 구성된 이동식 발전시스템을 개발했으며, 태풍 과 지진 등 자연 재해로 인한 전력망 피해를 돕기 위해 “무빙e(Moving e)”
라는 발전·출력 시스템을 개발, 9월부터 현장 실증에 들어간다고 밝혔다.
무빙e 시스템은 도요타의 수소전기버스, 혼다의 휴대용 외부전원 출력장치 인 Power Exporter 900, 혼다의 휴대용 배터리 2종(LiB-AID E500, Honda Mobile Power Pack), 혼다 모바일 파워팩을 위한 충·방전 장치로 구성된다.
도요타는 충분한 양의 전기를 공급하기 위해 기존 수소전기버스를 개량해 수소탱크의 숫자를 두 배로 늘렸으며, 고출력 대용량 발전용량(최대 출력 18kW로 454kWh 생성)을 갖춘 연료전지를 탑재하고 있으며, 차량 내부는 쉼터나 대피 공간으로도 활용할 수 있다.
[그림 Ⅱ-33] 무빙e 시스템
재난으로 인한 정전 시 무빙e는 Power Exporter 9000을 통해 수소전기버스에 서 생성된 전기를 대용량 휴대용 배터리에 저장해 차량 내부뿐만 아니라 피난 소 등 실내 공간에 전력을 공급하게 된다. 그러나, 너무 먼 거기를 이동할 경 우 전기로 변환할 수 있는 수소의 양이 부족해져, 무빙e의 기동성은 반경 약 100km 이내에 수소충전소가 있을 때로 제한 된다.