한전, 친환경 수소 생산·저장·발전… "전주기 기술확보 추진"

청정수소 대용량·상용급 기술 보급
연내 블루·청록수소 파일럿급 실증
2025년 그룹사 발전소에 확대 보급
고체 산화물 연료전지 상용화도 추진

한국전력 전력연구원은 국내 최대 파일럿 규모의 액상유기수소운반체 수소저장 시스템을 개발하고, 이를 적용한 수전해 연료전지 연계시스템을 운영하고 있다. 한국전력 제공

한국전력이 수소경제 패러다임을 이끌기 위해 이산화탄소 배출 없이 재생에너지 전력을 이용한 친환경 수소생산에 나서고 있다. 블루수소, 청록수소, 그린수소를 생산하는 차세대 친환경기술 개발에 나선 것이다. 또 수소를 저장하는 연료전지를 비롯해 터빈 등 수소 발전기술까지 아우르는 수소 전주기 기술확보를 추진하고 있다. 블루수소, 청록수소 생산기술은 2022년 파일럿급 실증을 기반으로 MW급 설계기술을 확보한다. 이를 2025년에는 MW급 시스템을 수소발전소에 적용하고, 향후 전력그룹사 청정수소 발전소에 확대 보급한다.

■청정수소 기술개발·사업화 나서

21일 업계에 따르면 한전 전력연구원은 청정수소 대용량·상용급 기술 보급과 사업화를 추진하고 있다. 블루수소, 청록수소 생산기술은 발전사와 공동추진해 2022년 파일럿급 실증을 기반으로 MW급 설계기술을 확보할 계획이다. 2025년에는 MW급 시스템을 수소발전소 현장에 적용해 트랙 레코드를 확보하고, 전력그룹사 청정수소 발전소에 확대 보급한다.

블루수소는 금속 소재의 산화(수소) 및 환원(이산화탄소) 순환반응을 이용해 메탄과 수증기를 수소로 전환하고, 이산화탄소를 포집하는 생산기술을 개발하고 있다. 청록수소는 천연가스를 금속 촉매로 직접 분해해 수소 생산비용을 획기적으로 줄이는 기술이다. 그린수소는 재생에너지 전력으로 물을 전기분해해 온실가스 배출이 없는 그린수소를 생산·저장하는 P2G(Power to Gas) 기술을 개발하고 있다.

수소저장시스템은 그린수소 생산, 저장, 연료전지 연계시스템을 구축했다.

2019년 국내 최초로 파일럿 규모(20 N㎥H2) 액상유기수소운반체(Liquid Organic Hydrogen Carrier) 수소저장 시스템을 개발하고, 이를 적용한 수전해(그린수소 생산)-LOHC(저장)-연료전지(전기·열 생산) 연계시스템을 구축했다.

고효율·대용량 그린수소 생산을 위해 산업통상자원부 지원사업으로 알칼라인과 고분자막 수전해 모듈을 연계한 2MW급 하이브리드 수전해 시스템을 개발하고 있다. 수전해에서 생산된 그린수소와 발전소에서 포집한 이산화탄소는 메탄으로 전환한다. 이를 기존 가스망과 연계하는 P2G 통합 엔지니어링 기술 개발을 위한 2MW급 플랜트 설계와 비즈니스 모델 도출을 위한 연구도 수행하고 있다.

또 재생에너지와 연계한 그린수소 생산 실증으로 2024년까지 사업화 기반을 구축한다. 향후 10MW 규모의 상용급 P2G 시스템을 개발해 해상풍력발전 등 대규모 재생에너지 단지와 연계한 그린수소 생산 상업운전을 추진한다.

■고체 산화물 연료전지 상용화도 추진

전력연구원은 고체 산화물 연료전지(SOFC·Solid Oxide Fuel Cell) 상용화를 위한 3kW급 가정용 시스템과 20kW급 건물용 발전시스템을 개발해 전력계통 연계실증을 성공 진행했다. 특히 연료개질기, 기동용 버너, 고온열교환기 등 BOP(Balance of Plant) 기술과 시스템 설계 및 종합기술을 확보했다. 개발된 3kW급 시스템은 공동연구 기관인 에이치앤파워에 기술이전했고, 사업화를 위해 KGS 인증·KS 인증을 완료했다.수소혼소 발전용 가스터빈 실증설비를 올해 7월 전력연구원에 준공한다. 전력연구원은 발전사와 공동연구로 F급 가스터빈(150MW급) 운영기술에 기반해 수소 혼소 연구를 수행하고 있다. 향후 주요 제작사 가스터빈을 대상으로 국내 실증 발전소를 선정해 상용화까지 지원할 계획이다.

SOFC 기술은 종래 연료극지지체 방식의 단점인 내구성과 열싸이클 문제를 개선한다.

고신뢰성의 전해질지지체식 셀과 kW급 스택을 2023년까지 개발할 계획인데, 저가의 셀 제조공정·스택킹 양산화가 목표다. 개발된 kW급 스택은 모듈화를 통해 수백 kW급 대용량 발전용으로 개발하여 SOFC 분산전원시스템 사업화를 추진한다.

한전은 "수소는 재생에너지를 이용한 물의 전기분해 등 다양한 방법으로 생산 가능하며, 연소 과정에서 유해한 부산물이 발생하지 않는 친환경 에너지"라며 "생산 즉시 소비되는 전기와 달리 수소는 대용량·장기간 저장이 가능한 에너지 유통수단으로 전력과 열 생산뿐만 아니라 수송 등 다양한 분야에 활용할 수 있다"고 강조했다.

[e-mail] 임광복 기자