음식물 쓰레기로 수소차를 충전한다고?

음식물 쓰레기로 수소차를 충전한다고?

대학생신재생에너지기자단 21기 김보연

 

2022년 4월 1일, 충북 충주에 지어진 바이오수소융복합 충전소가 문을 열었다. 이 충전소는 인근의 음식물 바이오에너지센터에서 생산된 바이오가스를 이용해 수소를 생산하고 충전하는 시설이다. 화석 에너지가 아닌 재생에너지의 한 종류인 바이오가스를 이용하기 때문에 청정 수소를 생산하는 시설로 분류된다. 또한 이번 바이오수소융복합 충전소는 수소 충전뿐만 아니라 수소를 생산해 인근 수소충전소에 수소를 공급하는 역할을 하는 한국 최초의 ‘수소 마더 스테이션’이라는 점에서 더욱 의미가 있다. 본 기사에서는 충주 바이오수소융복합 충전소의 원리와 특징, 앞으로의 기대효과와 타지역으로의 확대 가능성에 대해 알아보고자 한다.

 

음식물 쓰레기로 만드는 수소에너지

바이오수소융복합 충전소는 인근 충주 음식물 바이오에너지센터에서 공급되는 바이오가스를 이용해 수소를 생산한다. 이 바이오가스는 음식물 쓰레기를 통해 얻어진다. 충주 음식물바이오에너지센터에는 매일 충주시 전역에서 수거된 약 80톤의 에너지가 모인다. 이 음식물 쓰레기를 파쇄하고 이물질을 걸러낸 후 혐기성 소화시키면 바이오메탄이 60% 정도 섞인 가스가 생성된다. 혐기성 소화란 생분해성 유기물질들이 무산소환경에서 미생물에 의해 분해되는 과정이다. 이렇게 생성된 가스는 황화수소나 실록산을 흡착해서 정제하는 전처리 공정을 거친 후, 이산화탄소를 분리해서 메탄을 고질화한다. 이 과정을 거치면 메탄 함량이 97% 이상인 바이오가스가 생성된다. 이렇게 생성된 바이오가스는 100m 거리에 있는 수소융복합 충전소로 보내져 수소 에너지 발전기의 원료로 활용된다. 이 수소에너지 발전기에서는 메탄을 활용해 수소를 생산한다. 메탄과 물을 결합하면 수소와 일산화탄소가 발생하는데, 여기에 다시 물을 결합하면 이산화탄소와 수소로 분리된다. 충주 음식물 바이오에너지센터에서는 하루에 7500m3의 바이오가스가 생성되고, 이를 활용해 충주 바이오수소융복합 충전소에서는 하루 500kg의 수소를 생산한다. 이는 수소차 100대를 충전할 수 있는 양이다.

 

충주 바이오수소융복합 충전소의 특징

[수소 마더 스테이션]

충주 바이오수소융복합 충전소의 가장 큰 특징은 국내 최초의 수소 마더 스테이션이라는 점이다. 앞서 설명한 바와 같이 수소 마더 스테이션은 수소차 충전뿐만 아니라 다른 장소에 수소를 공급하는 역할까지 수행한다. 충주 바이오수소융복합 충전소에는 수소 유통수단인 수소 튜브트레일러(TT)가 갖춰져 있어 인근 충전소로 수소를 공급할 수 있다.

[자료 1. 충주 바이오수소 마더 스테이션 개념도]

출저: 충북도청

기존의 우리나라 수소 공급체계는 산업단지 부생수소를 기반으로 했다. 부생수소란 석유화학이나 철강 등을 만드는 과정에서 탄소와 결합되지 못하고 분리된 수소이다. 우리나라에는 대형 정유제〮철석〮유화학 공장들이 많고, 이를 활용한다면 부생수소를 생산하는 데에 별도의 비용이 들지 않기 때문에 부생수소가 주로 공급될 수 있었다. 하지만 부생수소는 생산량이 제한되어 있다. 과거에는 이러한 산업단지의 부생수소만으로도 수요를 감당할 수 있었지만, 최근 수소 산업이 성장하면서 부생수소만으로는 수요 감당이 어려워졌다. 또한 부생수소의 생산은 대형 산업단지가 있는 당진과 울산 등 해안가의 특정 지역에 편중되어 있기 때문에 내륙에서 수소를 사용하려면 추가적으로 운송비가 발생한다는 단점도 있었다. 이런 상황 속에서 지어진 수소융복합 충전소는 지역형 분산형 수소를 생산하고 공급할 수 있기 때문에 지역 편중에서 벗어나 수소 가격과 공급량을 안정화시키는 데에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

 

[청정 수소]

충주 바이오수소융복합 충전소의 또 다른 특징은 청정 수소 충전소라는 점이다. 그동안 우리나라에서 주로 사용했던 부생 수소는 수소 1kg당 이산화탄소 10kg이 배출되는 일명 ‘그레이 수소’에 해당한다. 그레이 수소는 수소를 사용하는 가장 큰 목적인 친환경적인 부분을 완전히 충족해주지 못한다. 충주 바이오수소융복합 충전소에서는 재생에너지 중 하나인 바이오가스를 활용해 수소를 생산하기 때문에 순탄소배출이 0에 가깝다. 그레이 수소가 지속적으로 문제가 되는 현재 상황에서 청정 수소를 생산하는 시설이 만들어졌다는 점은 국내의 수소 산업 발전에 긍정적인 영향을 줄 수 있다. 또한 바이오가스는 천연가스에 비해 저렴하기 때문에 보다 낮은 가격으로 수소를 공급할 수 있다는 점 또한 청정 수소의 장점이다.

 

[그린 수소 산업 규제 자유특구]

충주 바이오수소융복합 충전소만의 또 다른 특징은 충청북도가 ‘그린 수소 산업 규제자유 특구’로 지정된 데에 따른 이점을 적극적으로 활용했다는 것이다. 현재의 규제에 따르면 바이오가스는 도시가스산업법에 따라 도시가스로 분류된다. 따라서 기존에는 바이오 가스를 그대로 사용하지 못하고 LPG와 부취제를 첨가해 도시가스 품질을 맞춘 후, 다시 이를 제거해 수소를 만드는 데에 사용했다. 도시가스 품질 규정을 맞추기 위해 추가 설비와 공정, 비용, 시간이 필요했던 것이다. 하지만 충청북도가 그린 수소 산업 규제자유 특구로 지정된 이후, 불필요한 과정을 없애고 바이오가스를 바로 받아서 수소를 제조할 수 있게 되었다. 기존에는 바이오가스 제조사업자에서 도시가스 사업자를 거친 후에 수소제조사업자에게 바이오가스가 유통되었지만, 규제 해소로 인해 바이오가스 제조사업자가 수소제조사업자에게 직접 바이오가스를 유통할 수 있게 된 것이다. 이 과정을 통해 유통비를 절감할 수 있게 되었고, 이는 수소 가격이 더욱 낮아지는 계기가 되었다.

지역형 분산형 수소를 생산한다는 점, 천연가스에 비해 저렴한 바이오가스를 사용한다는 점, 규제 해소로 유통비가 절감되었다는 점 등으로 인해 충주 바이오수소융복합 충전소에서는 다른 곳에 비해 저렴한 가격으로 수소를 공급할 수 있게 되었다. 전국 수소충전소 평균 단가는 kg당 8326원인 것에 반해 이 곳 바이오수소융복합충전소는 이보다 7.5%가량 낮은 가격인 kg당 7700원으로 수소를 공급한다.

 

[국산화율 향상]

충주 바이오수소융복합 충전소는 또한 추출기, 압축기 등의 핵심부품에 대한 국산화 기술 개발을 이뤄냈다는 점에서도 주목받는다. 이곳의 국산화율은 약 70%로, 국산화 모범사례로도 손꼽힌다. 2022년 3월 30일 충주 바이오수소융복합 충전소 준공식에 참여한 산업통상자원부 박기영 제2차관은 “정부도 핵심부품 국산화 지원을 지속하며 2030년까지 수소충전소 국산화율 100%를 달성하고, 충전소 구축 비용의 절감과 관련 산업 활성화를 위해 힘써 나갈 것”이라고 밝힌 바가 있다. 산업부는 실제로 현재 수소충전소 부품의 국산화율 증대를 위한 기술 개발 및 성능 고도화 실증을 진행 중이다. 앞으로의 수소충전소 국산화율을 높이는데 충주 바이오수소융복합 충전소에 사용된 기술들이 많은 도움을 줄 것으로 기대된다.

 

충주 바이오수소융복합 충전소와 한국 수소 산업의 미래

충주 바이오수소융복합 충전소는 인근의 음식물 바이오에너지센터를 통해 공급받은 바이오가스를 사용해 청정 수소를 생산한다는 점, 그린 수소 산업 규제자유특구로 지정된 점을 적극적으로 활용했다는 점, 국산화율이 높다는 점 등을 통해 성공적인 수소충전소로 손꼽힌다. 아직 문을 연지 얼마 되지 않아 성공과 실패를 가늠하기는 어렵지만, 이곳이 성공적으로 운영된다면 이는 앞으로의 국내 수소 산업에 많은 영향을 미칠 것이다. 현재 부생수소가 주요 수소 공급원인 우리나라에서 바이오수소를 활용한 수소 공급이 성공적으로 이루어진다면 그린 수소 산업에도 많은 도움이 될 것이다.

앞서 충주 바이오수소융복합 충전소의 장점 중 하나는 지역형 분산형 수소를 생산할 수 있다는 점이라고 언급한 바 있다. 따라서 타지역에도 이러한 바이오수소융복합충전소가 설립될 가능성이 있는지에도 많은 관심이 쏠린다. 이 부분에 대한 전망은 긍정적이다. 수소 산업이 떠오르고 있는 만큼, 타지역에도 많은 수소충전소가 건립되고 있다. 전북 전주시는 한수원, 태양건설과 함께 ‘전주리 싸이클링 타운 내에 연료전지 발전소를 건설해 바이오가스를 활용해 전기와 수소를 공급하고, 이 수소를 전주시가 운영 예정인 수소충전소에 공급한다’는 내용의 수소 융복합 사업을 추진하고 있다. 또한 창원시도 하수 음식 쓰레기 가축 분뇨를 처리해 바이오가스를 생산하는 덕동 물 재생센터에 수소 생산시설을 갖춰 인근 덕동 가스충전소 등의 충전소에 수소를 공급할 계획을 세운 바가 있다. 이처럼 많은 도시에서 다양한 수소 관련 산업을 계획하거나 진행하고 있는 만큼, 앞으로의 대한민국 수소 산업의 전망은 밝을 것으로 기대된다.

 

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바이오가스를 이용한 수소 생산에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "해조류로 수소를 생산한다고?", 20기 김지원, https://renewableenergyfollowers.org/3575?category=608249 

2. "Bio-energy; Biogas", 13기 문한태, https://renewableenergyfollowers.org/2650

 

참고문헌

서론

1) 이성은, “수소 생산공〮급 한 번에… 국내 첫 마더스테이션 구축”, 신아일보, 2022.03.30,

https://www.shinailbo.co.kr/news/articleView.html?idxno=1533338

 음식물쓰레기로 만드는 수소에너지

1) 기상청 블로그, “친환경 수소에너지 생산법”, 2022.5.17,

https://blog.naver.com/kma_131/222734112192 (2022.06.05)

2) 이삭, “음식물 쓰레기로 수소차가 달린다?...충북 충주 바이오 그린 수소 융복합 충전소”, 경향신문, 2022.03.24, https://www.khan.co.kr/local/Chungbuk/article/202203241609001

3) 성재경, “바이오가스로 그린수소 생산하는, 충주 수소융복합충전소”, 월간수소경제, 2022.01.01,

https://www.h2news.kr/news/article_print.html?no=9479

4) 최상원, “하수처리장에서 수소차 7천대 쓸 수소에너지 만든다?”, 한겨례, 2021.01.28,

https://www.hani.co.kr/arti/area/yeongnam/980752.html

충주 수소 바이오수소융복합충전소의 특징

1) 최상원, “하수처리장에서 수소차 7천대 쓸 수소에너지 만든다?”, 한겨례, 2021.01.28,

https://www.hani.co.kr/arti/area/yeongnam/980752.html’

2) 김영배, “충주에 국내 첫 ‘수소 마더스테이션’…음식쓰레기 활용해 생산충〮전시동”, 한겨례, 2022.03.10, https://www.hani.co.kr/arti/economy/economy_general/1036780.html

3) 현대자동차그룹 HMG 저널, “수소에너지에도 종류가 있다. 그레이수소, 블루수소, 그린수소란?”, 2021.08.18, https://www.hyundai.co.kr/story/CONT0000000000001839

4) 정한교, “모습 드러낸 국내 최초 ‘바이오수소융복합충전소’… 청정수소 및 국산화율 향상 기여” 인더스트리뉴스, 2022.03.31, http://www.industrynews.co.kr/news/articleView.html?idxno=45548

5) 성재경, “바이오가스로 그린수소 생산하는, 충주 수소융복합충전소”, 월간수소경제, 2022.01.01,

https://www.h2news.kr/news/article_print.html?no=9479

6) 이성은, “수소 생산공〮급 한 번에… 국내 첫 마더스테이션 구축”, 신아일보, 2022.03.30,

https://www.shinailbo.co.kr/news/articleView.html?idxno=1533338

7) 박경석, “충주서 국내 최초 ‘수소 마더스테이션’ 준공”, 에코타임스, 2022.03.30,

http://www.ecotiger.co.kr/news/articleView.html?idxno=40753

충주 바이오수소융복합충전소와 한국 수소산업의 미래

1) 황성호, “바이오가스로 수소전〮기 동시 생산”, 경북매일, 2021.12.14,http://www.kbmaeil.com/news/articleView.html?idxno=916486

2) 최상원, “하수처리장에서 수소차 7천대 쓸 수소에너지 만든다?”, 한겨례, 2021.01.28, https://www.hani.co.kr/arti/area/yeongnam/980752.html