[연재] (5)석유에너지산업의 안전 및 건전성 확보 방안
[연재] (5)석유에너지산업의 안전 및 건전성 확보 방안
  • 승인 2007.02.23
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수소의 상용화를 위한 전제조건
▲ 쉘 장치안전팀장 김동섭 박사
올 초 대통령이 연두교서를 통해 수소연구에 박차를 가한다는 발표에 발맞춰 최근 미 에너지성에서는 수소의 생산, 운송 및 저장에 관한 연구 프로포자(제안서)를 받는다고 공고했다.

전 세계가 석유에너지에 의한 의존도를 줄이는 한편 환경오염을 막기 위해서는 이같은 방향의 연구는 필수적일 수밖에 없는 것으로 판단된다. 이러한 이유로 미국에서는 여러 국가지정연구소에서 이에 대한 논의가 한창이다.

수소에 대한 연구는 과연 앞으로 어떤 방향으로 진행될까? 결국 주된 방향은 자동차 등의 운송수단에 적용되는 연료분야와 연료전지에 대한 연구가 될 것이라 생각이 된다.

이 연구의 분야를 다시 크게 분류하면 수소 생산에 대한 연구와 운송 저장 대한 연구로 분류할 수 있다. 이러한 연구는 앞으로 10년 이내에는 모든 분야에서 현재의 수소 활용 가격의 1/3이하 정도로 낮춘다는 원대한 목표를 기반으로 연구가 진행되고 있다.

경제성 있는 생산·운송·저장기술이 관건
활용 가능한 안전기술의 현실화가 시급

현재 가장 많이 사용되는 수소의 생산방법으로는 메탄(Steam Methane Reformer)이나 암모니아를 분해하는 것을 지양하고 대충 전기 분해를 이용한 기술을 살펴보는 것 같다. 하지만 당면 과제는 전기 분해 설비의 경비를 낮추는 것과 분해 효율을 높이는 방법, 그리고 재생 에너지를 이용해 전기분해를 하는 방법 등이 주된 연구 대상이 되고 있다. 미국 정부의 목표는 수소연료가 가솔린 환산 겔런당 2~3달러의 가격으로 낮추는 것이 목표다. 가솔린환산 1겔론은 수소 1kg의 열량으로 보면 적절할 것이다.

그러면 안전문제와 직결되는 운송 및 저장에 대해서 고찰 해보자. 수소가 주된 에너지원으로 또는 자동차 연료로 쓰기 위해서는 경제적인 운송방법이 개발돼야 한다. 밀도가 낮은 수소를 아주 큰 압축비로 압축하는 방법, 운반 기술, 그리고 대형·중소형 저장 시설 및 충전소 등의 개발이 시급하다. 이러한 일반적인 운송관련 기술들은 현재의 기술만으로도 실현가능하지만 당면과제는 어떻게 경제적으로 이러한 시설들을 설치·운용하느냐에 달려있다.

운송방법을 크게 분류하면 기체나 액화 상태 또는 고체·액체 상태로 운송하는 방법들이 연구되고 있다. 운송 매체로 기체 상태로 운송하는 방법 대신해 나노 기술을 이용해 금속 혹은 화학적인 하이드레이드로 저장해 운송하는 방법이나 수소를 잘 용해 또는 분해할 수 있는 석유화학 액체에 용해시켜 운송하는 방법 등이 고려되고 있는 상황이다. 따라서 안전과 직결되는 수송용 재료의 개발도 우리의 큰 과제중 하나라 하겠다.

파이프라인의 경우에는 수소 취화현상이 발생하지 않는 강재 개발과 함께 고압으로 수송돼야 하는 특성상 고강도이면서 저가의 재료가 확보돼야 한다. 이는 용접성이 뛰어난 강재 또는 복합재료와 강재가 합성된 재료 등이 현재의 연구 대상이 된다. 물론 이를 효과적으로 운송하기 위한 뛰어난 압축 기술이 동반 돼야 한다.

또 수송상의 문제도 있지만 더욱 중요한 것은 주유소와 같은 개념의 수소 충전장소의 저장탱크도 큰 과제라 할 수 있다. 경제적 타당성이 확보되기 위해서는 수소를 일반적인 현재의 충전소보다 700~800배 정도의 높은 압력으로 저장해야하므로 일반 강재만으로는 그 압력용기의 두께가 무려 25~40cm 정도 돼야한다. 하지만 이렇게 용기를 두껍게 만든다 하더라도 사고가 발생하게 되면 대형 사고의 위험은 피할 수 없다.

특히 인구가 밀집된 지역에는 안전한 저장은 가장 시급하고도 현안적인 과제가 아닐 수 없다. 그러나 기술자들의 협력으로 또 기발한 아이디어로 이러한 문제들이 하나 하나 해결되어 가고 있는 것도 사실이다. 이러한 의미에서 저자도 이 수소 저장 탱크 건설 연구에 세계적인 전문가들과 머리를 맞대고 신기술 개발에 협력하고 있는 상황이다.

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