부산물로 만드는 친환경 에너지, 부생수소 연료전지를 아시나요?

 

우리에게 익숙한 에너지는 화석연료를 태워 얻는 에너지인데요. 하지만 이 과정에서 이산화탄소를 배출해 지구온난화라는 환경오염문제를 발생시키고 있습니다. 이에 따라 탄소배출을 줄이고 환경에 영향을 주지 않는 친환경 에너지에 주목하고 있는데요. 그 중에서도 '수소 에너지'는 사용하고 나면 부산물로 오직 ‘물’만을 만들어 내기 때문에 미래 청정 에너지원으로 떠오르고 있습니다. 

 

우리나라는 지난 2019년 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표하고, 2040년에 연간 526만 톤의 수소공급을 목표로 하고 있는데요. 총 공급량의 70%를 부생수소, 수전해, 해외생산으로 충당할 계획이라고 합니다. 여기서 '부생수소'란 무엇인지 궁금하실 텐데요. 오늘은 '수소에너지'와 함께 수소를 친환경적으로 생산할 수 있는 방법인 '부생수소 연료전지'에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

 

 

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청정에너지, ‘수소’

 

 

수소는 우주에서 가장 많은 원소이지만, 자연 상태에서 물(H2O) 등의 화합물로 존재하기 때문에 변환 또는 추출의 과정을 거쳐야 얻을 수 있는 2차 에너지원입니다. 연료전지를 이용해 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜 가정 및 산업 등 전기가 사용되는 모든 제품에 적용이 가능하다는 점에서 높은 활용도를 자랑합니다. 

 

태양광, 풍력, 수력 등 대부분 재생에너지는 계절과 날씨, 밤과 낮에 따라 발전 편차가 심하지만, 수소에너지는 대량생산과 장기저장이 가능해 신재생에너지로 각광받고 있습니다. 

 

 

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수소연료전지란?

 

 

수소연료전지는 수소와 산소의 전기화학반응을 통해 전기와 열 에너지를 생산하는 발전 시스템으로, 연료의 연소를 통한 에너지 변환과정을 거치지 않고 바로 전기를 생산하기 대문에 에너지 손실이 적어 발전 효율이 높습니다. 

 

발전소에서 얻은 전기에너지 이용효율은 35%인데 반해, 수소에너지를 이용한 연료전지의 종합에너지효율은 80%에 달합니다. 또한 수소를 만드는 과정에서 유해한 부산물을 전혀 배출하지 않고 순수한 물만 생성되기 때문에 친환경 에너지 솔루션으로  주목받고 있습니다. 

 

 

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수소 에너지 추출방법

  

 

수소를 추출하는 방법은 정유 및 제철 공장 등의 부생수소를 활용하는 방법, 화석연료나 바이오매스로부터 메탄가스 등을 *개질하여 얻거나 신재생에너지를 활용한 물의 전기분해 방식 등 크게 세가지로 나눌 수 있습니다. 

 

1) 부생수소

부생수소는 석유화학공정이나 철강 등을 만드는 과정에서 부수적으로 나오는 것으로, 나프타를 전환하는 개질공정(정유공정)에서 발생합니다. 예를 들어 프로필렌은 액화석유가스, 즉 LPG(Liquefied Petroleum Gas)에서 수소 분자를 제거한 것인데요, 이를 생산하는 공정에서 수소가 발생하게 됩니다. 

 

2) 천연가스 개질

천연가스 개질 방식은 천연가스를 고온, 고압의 수증기로 분해하는 방식으로, 세계적으로 가장 많이 사용하고 있는 방법입니다. 황 성분이 제거된 천연가스(CH4)에 열과 촉매를 가해 고농도의 수소를 얻을 수 있는데, 천연가스와 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2)를 반응시켜 수소(H2)를 생산합니다. 

 

3) 전기분해

태양광, 풍력과 같은 신재생에너지로 생산한 전기를 물에 가하면 수소와 산소로 분해되는데, 이 때 고순도의 수소를 얻을 수 있습니다. 

 

* 개질(reforming): 석유를 정제하는 공정으로, 열이나 촉매의 작용에 의해 탄화수소의 구조를 변화시켜 부가가치가 높은 화학제품을 생산하는 것

 

 

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부생수소 연료전지

 

 

기존의 천연가스 개질방식은 주원료인 천연가스의 가격경쟁력이 낮다는 점, 그리고 전기분해 방식은 추가적인 전력을 사용해야 한다는 점에서 경제성이 부족하다는 단점이 있습니다 

 

하지만 부생수소 연료전지는 석유화학공정에서 부수적으로 발생하는 부생수소를 활용하기 때문에 경제적이며, 개질과정이 필요없기 때문에 발전효율이 높습니다. 또한 기존에 태워버렸던 부생수소를 재활용해 '무(無) 연소, 무(無) 대기오염'으로, 공기정화 효과까지 기대할 수 있습니다. 

 

충남 서산에는 세계 최초이자 세계 최대 규모의 부생수소 연료전지 발전소(대산그린에너지, 연간 50MW(메가와트) 규모)가 있습니다. 이곳에서 생성된 에너지는 충남권 20만 가구에서 사용할 수 있는 전기양에 해당되는데요. 이 발전소의 원료가 되는 수소를 한화토탈이 공급하고 있습니다. 우리 생활에 편리한 화학제품을 만드는 과정에서 나온 부산물로 수소를 추출해 환경오염 없는 친환경 수소에너지 생산에 기여하고 있는 한화토탈에 많은 관심 부탁드립니다.

 

 

 

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