수소에너지가 화석에너지를 대체할 수 있는 미래 에너지의 핵심으로 부상하고 있다.
연료전지자동차(FCV)가 수소경제를 리드할 것으로 예상되는 가운데 재생가능 에너지의 잉여전력을 수소로 변환해 에너지를 축적하는 Power to Gas(P2G), 분산형 전원에 사용하는 코제네레이션에 이어 가장 핵심으로 파악되는 대규모 수소발전이 실현된다면 본격적인 수소에너지 사회가 도래할 것으로 예상되고 있다.
다만, 수소기술이 사회에 실제 적용되기까지는 상당 시간이 걸릴 수밖에 없어 수소경제 구현을 위한 경쟁이 치열해지고 있다.
특히, 일본은 수소에너지 사회 실현에 총력을 기울이고 있는 가운데 연료전지자동차를 널리 보급하고 수소연료자동차를 위한 수소충전소 정비를 강화하고 있으며, 수소에너지에 대한 이해도와 인지도를 높이기 위해 다양한 대책을 추진하고 있다.
수소경제, 정책적 뒷받침 필수적
국제에너지기구(IEA)는 2019년 일본 나가노(Nagano)에서 개최된 G20 에너지·환경 장관회의를 개최하기에 앞서 수소경제를 정량적으로 분석해 장래전망 및 이용 확대를 위한 제언을 담은 수소 보고서를 공표했다.
수소 이용을 확대하기 위한 전략으로 장기전략 수립, 상업수요 환기, 투자리스크를 저감할 수 있는 시스템 도입, 연구개발(R&D) 지원, 불필요한 규제 철폐 및 기준 조화, 장기목표 진척상황 관리, 산업·가스 인프라 및 트럭·버스의 수소 이용, 국제무역을 위한 수송경로 확립 등 8가지를 제안했다.
수소의 다양성도 강조했다.
수소는 재생에너지 뿐만 아니라 원자력, 천연가스, 석탄 등 다양한 연료를 이용해 생산할 수 있으며 가스와 같이 파이프라인으로 수송하거나 액화천연가스(LNG)와 같이 액화해 선박으로 운반하거나 전기 및 메탄(Methane)으로 변환해 가정, 공장에 공급하거나 자동차, 트럭, 선박, 항공기 연료로 변환할 수 있는 특징이 있다.
아울러 장거리 수송, 화학제품·철강 등 탄소 배출량을 대폭 감축하기 어려운 것으로 알려진 광범위한 산업부문의 과제를 해결할 수 있는 수단으로 평가하고 있다.
태양광발전, 풍력발전 등 출력이 안정적이지 않은 재생에너지를 저장하는 방법으로도 주목받고 있으며 전력을 장기간 저장하는데 가장 저렴한 방법으로 기대되고 있다.
오스트레일리아, 중남미 등 태양광, 풍력이 풍부한 지역에서는 수천km 떨어진 에너지 부족지역으로 재생에너지를 이동할 수 있는 시스템이 구축될 가능성이 높아지고 있다.
그러나 세계 전역에서 청정한 수소를 활용하기 위해서는 저탄소 에너지를 이용해 생산코스트를 낮출 필요성이 있으며, 인프라 개발 지연도 보급에 걸림돌로 작용하고 있다.
최근에는 천연가스·석탄을 원료로 수소를 생산함에 따라 이산화탄소(CO2) 배출량 규제가 강화되면서 수소산업 발전을 제한하고 있다.
따라서 수소 이용을 확대하는 방안으로 이미 수소를 이용하고 있는 정유공장, 화학공장이 집적한 연안지역부터 수소 생산으로 전환함으로써 전체적인 코스트를 감축하는 방안이 부상하고 있다.
수송에는 천연가스 파이프라인 등 기존 인프라를 활용하고 장거리 수송을 담당하는 승용차, 트럭, 버스를 대상으로 수소 이용을 확대함으로써 수소연료자동차의 경쟁력 향상이 기대되고 있다.
한국, FCV·수소연료전지가 수소경제 선도
정부는 연료전지자동차와 수소연료전지를 양대 축으로 수소경제를 선도할 수 있는 산업생태계 구축을 추진하고 있다.
산업통상자원부는 2019년 1월 발표한 수소경제 활성화 로드맵을 통해 연료전지자동차 생산량을 2018년 2000대에서 2040년 620만대로 확대해 세계 시장점유율 1위를 달성하겠다는 목표를 발표했다.
국내 보급은 2017년 누적 177대에서 2018년 889대, 2019년 4000대 이상으로 확대하고, 수소충전소도 2018년 14개에서 2022년 310개, 2040년 1200개로 확충할 계획이다.
수소 대중교통도 확대해 2040년에는 수소택시 8만대, 수소버스 4만대, 수소트럭 3만대를 보급할 방침이다.
아울러 이산화탄소 배출이 전혀 없고 도심지에 소규모 설치가 가능해 진정한 의미의 친환경 분산전원으로 부상하고 있는 발전용 연료전지를 재생에너지 활용 수소 생산과 연계해 2040년까지 수출 7GW를 포함 15GW 이상으로 확대하고 수출산업화를 추진할 계획이다.
가정·건물용 수소연료전지도 2040년까지 94만가구에 2.1GW를 보급한다.
이밖에 수소 활용을 연료전지자동차에서 수소선박, 수소열차, 수소건설기계 등으로 확대하고 미래 유망품목으로 육성할 방침이다.
이를 위해 경제적·안정적 수소 생산 및 공급시스템 조성을 추진한다.
수소 공급은 수전해 및 해외생산·수입을 통해 이산화탄소 발생이 없는 그린수소 생산을 2018년 13만톤에서 2040년 526만톤 이상으로 확대하고, 수소 저장방식을 저용량·기체에서 고효율·액체로 다양화하며 전국적인 파이프라인 공급망도 구축한다.
특히, 원활하고 경제적인 수소 유통체계 구축을 통해 수소 가격을 2040년까지 kg당 3000원 이하로 떨어뜨릴 수 있도록 유도할 방침이다.
수소에너지, 2040년 17.1GW 보급 목표
가장 중요한 수소에너지는 발전용 연료전지 15GW, 가정·건물용 2.1GW 보급을 목표로 하고 있다.
발전용 연료전지는 2018년 307.6MW에 그쳤으나 2022년 1.5GW, 2040년 15GW로 확대에 내수시장에 8GW를 보급하고 7GW를 수출한다.
또 2019년 연료전지 전용 LNG 요금제를 신설하고 당분간 REC(신재생에너지 공급인증서) 가중치를 유지해 투자의 불확실성을 제거할 방침이다.
2022년까지 1GW 보급으로 규모화를 달성하고 2025년까지 중소형 LNG 발전과 대등한 수준으로 발전단가를 낮추며 중장기적으로는 설치비 65%, 발전단가 50% 수준 하락을 유도한다.
가정·건물용 연료전지도 2018년 5MW, 2022년 50MW, 2040년 2.1GW를 보급하기 위해 설치장소, 사용유형별 특징을 고려한 다양한 모델을 출시하고 공공기관, 민간 신축건물에 연료전지 사용을 의무화하는 방안을 검토하고 있다.
수소 생산은 그린수소 확대를 통해 공급량 연간 526만톤, 공급가격을 kg당 3000원으로 낮출 방침이다.
부생수소는 추가 공급이 가능한 약 5만톤(연료전지자동차 25만대 사용물량)을 수소경제 사회 준비물량으로 활용하고, 추출수소는 천연가스 공급망에 대규모·거점형 생산기지, 수요처 인근에 중·소규모 생산기지를 구축하며, 수소추출기 국산화 및 효율향상 기술개발을 추진하고 바이오매스 활용 등으로 추출수소 생산방식도 다양화한다.
수소 공급을 위해서는 수전해, 해외생산 수소 활용 등으로 그린수소 산유국으로 도약토록 할 방침이다.
수전해는 2022년까지 MW급 재생에너지 연계 수전해 기술을 확보하고 대규모 태양광·풍력발전과 연계해 대량생산을 추진하며, 해외생산 기지 구축 및 수소 생산·수입을 통해 안정적인 수소 수급과 가격 안정, 온실가스 감축, 선박 등 연관산업도 육성한다.
수전해는 해외생산·수입 등 그린수소 확대와 연계해 수소 생산량을 2018년 13만톤에서 2040년 526만톤으로 확대하고 대량 생산 및 안정적 공급으로 수소 공급가격을 kg당 3000원 이하로 떨어뜨릴 수 있도록 유도할 예정이다.
정부는 수소경제 활성화 로드맵을 차질없이 이행하면 명실상부한 수소경제 선도국가로 도약함은 물론 2040년에는 43조원의 부가가치, 42만개의 일자리를 창출해 혁신성장의 원동력이 될 것으로 기대하고 있다.
하지만, 정부의 수소경제 활성화 로드맵은 목표는 거대하나 구체성이 없고 사회·경제적인 준비가 크게 부족해 실현성이 크게 떨어지는 것으로 평가되고 있다.
일본, 2030년까지 FCV 80만대 보급
일본 정부는 2019년 3월 수소·연료전지 전략 로드맵을 개정하고 연료전지자동차 보급 확대를 적극 추진하고 있다.
로드맵은 2014년 6월 최초로 수립해 2016년 3월 1차 개정한 후 2017년 12월 수립한 수소기본전략, 2018년 7월 수립한 제5차 에너지기본계획 등에서 제시한 방향성과 목표를 반영하고 새로운 액션플랜까지 포함해 2019년 개정했다.
로드맵은 모빌리티 분야 이용 항목에서 FCV 보급량을 2020년까지 약 4만대, 2025년 약 20만대, 2030년 약 80만대로 늘리겠다는 목표를 설정하고 있다.
연료전지자동차 보급을 확대하기 위해서는 하이브리드자동차(HV)와의 공급가격 차이를 2020년경 대당 180만엔 이하, 2025년경에는 70만엔 이하 수준으로 줄여야 할 것으로 판단하고 있다.
수소연료자동차 보급의 전제조건인 수소 스테이션(충전소)은 민·관 합동으로 2020년까지 160곳, 2025년에는 320곳을 정비하고 2020년대 후반까지 수소 스테이션 사업 자율화를 추진할 방침이다.
수소 조달 코스트는 2020년대 후반 기준 수소 판매차익 베이스 kg당 500엔으로 책정하고 있으며 수소 스테이션 코스트는 2020년경 도입 초기에 비해 절반으로 줄일 예정이다.
정비 코스트 2억3000만엔, 운영 코스트 2300만엔을 목표로 제시했으며 2025년경에는 정비 코스트 2억엔, 운영 코스트를 1500만엔까지 저감시킬 계획이다.
또 수소 스테이션의 기기별 사양과 제어방법을 통일시키기 위해 2020년까지 산업계 통일규격을 설정하는 방안도 제시하고 있다.
주요 기기의 코스트 다운을 위한 목표도 설정했다.
압축기는 도입 초기 1억4000만엔에서 2025년경 5000만엔으로, 증압기는 5000만엔에서 1000만엔으로, 프리쿨러는 3000만엔에서 1000만엔으로, 디스펜서는 6000만엔에서 2000만엔으로 각각 줄이도록 했다.
수소 스테이션도 2025년 320곳으로 확대
액션플랜으로는 수소 스테이션의 전국적 네트워크를 구축하기 위해 검토에 들어갈 방침이다.
자동차, 인프라, 금융 등 민간기업이 참여한 일본 수소스테이션네트워크(JHyM) 주도 아래 전략적 배치를 추진하기 위해 2018년부터 2021년까지 4년 동안 4대 도시권을 중심으로 한 주요 도시 및 교통 요충지 총 80곳을 정비하고 2022년부터 2025년까지는 320곳으로 확대한다.
에너지 절약을 위한 시공기간 단축에 도움이 되는 패키지형 수소 스테이션 채용, 편의성 향상과 자율화를 위한 영업시간 확대, 주유소와 편의점과의 병설형 스테이션 구축 등도 추진할 계획이다.
JHyM은 자율적인 사업 운영을 위한 노하우를 축적하고 있으며 2019년 3월에는 후쿠시마(Fukushima)의 이와키시(Iwaki)에서 지역 인프라 사업자인 Nemoto Tsusho와 공동으로 수소 스테이션을 개설한 바 있다. 오프사이트 방식을 채용해 인근 공장으로부터 부생수소를 조달받고 있다.
수소 공급능력은 시간당 300노멀입방미터로 수소연료자동차 6대를 100% 충전시킬 있다.
2019년 연료전지자동차용 수소 공급설비 설치 보조 사업 및 수소 스테이션 정비 보조금에는 JHyM과 사업자들이 공동 신청한 21개 안건이 채택됐다. 2018년 채택된 12건을 상회하는 수준으로 새롭게 인프라 사업자 5사가 JHyM에 참여한 것으로 파악된다.
JHyM 참여기업은 2018년 2월 11사로 출범한 후 현재는 23사로 확대됐다.
JHyM은 토치기(Tochigi), 군마(Gunma), 토야마(Toyama), 카고시마(Kagoshima) 등으로 사업을 확대함으로써 사용자들의 편의성을 높여나갈 방침이다.
코스트 저감 목표로 기술개발 본격화
일본 정부는 개정 수소·연료전지 전략 로드맵의 기술개발 항목에서 코스트 저감을 위한 씰 소재, 호스의 내구성 향상, 차세대 충진기술 개발, 전기화학식 압축기 개발 등을 제시하고 있다.
씰 소재의 내용 충진회수는 현재 2200회 수준이나 2020년 1만5000회, 2022년에는 3만회로 내구성을 높여갈 방침이다. 교환빈도를 줄이면 정기점검을 통한 유지보수 기간이 단축되고 연간 100만-200만엔의 운영 코스트를 감축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
또 차세대 충진기술은 충진시간 3분은 변경하지 않고 현재 약 영하 40℃ 수준인 냉각온도의 완화를 목표로 하고 있다.
2020년 영하 25℃에서 영하 33℃, 2022년에는 영하 15℃에서 영하 25℃를 실현함으로써 수소 냉각에 필요한 400만엔 상당의 전기요금을 2020년에는 약 300만엔, 2022년에는 약 200만엔까지 줄일 수 있을 것으로 파악하고 있다.
현재 수소 스테이션과 관련된 기술개발은 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO) 사업으로 추진하고 있으며 규제 적정화를 위한 안전성 관련 및 새로운 수소 특성 판단기준 도입 관련 연구를 일본 석유에너지기술센터(JPEC)를 통해 진행하고 있다.
또 수소 스테이션의 코스트 저감을 위한 연구개발 과제인 수소 스테이션의 규격화·표준화·모듈화는 일본 수소공급이용기술협회(HySUT)와 JXTG에너지가 진행하고 있다.
장수명 고압수소 씰 부재 및 파이프 부재, 기기 개발은 HySUT, 규슈대학(Kyushu University), Kitz 등이, 차세대 스테이션 충진 기술은 JXTG에너지가 개발하고 있다.
코스트 감축에 기여하는 기술로 기대되고 있는 전기화학식 수소 펌프는 전기로 80MPa에 수소를 고압화하는 기술로 압축기로 압축하는 것보다 에너지효율을 20% 높일 수 있는 것으로 평가되고 있으며, 간편한 설계가 가능해 중소 수소 스테이션에 적합한 것으로 판단되고 있다.
Kaji Technology 주도 아래 시스템 검토가 이루어지고 있으며 도레이(Toray)가 수소 펌프의 셀 및 스택 개발에 나서고 있다. 2021년 2월까지 개발을 완료할 계획이다.
수소경제, 석유화학·정유 참여 촉진
일본은 제조업의 수소경제를 실현하기 위해서도 총력을 기울이고 있다.
일본 경제산업성은 수소·연료전지 전략 로드맵을 개정하면서 제철, 정유, 석유화학 등 제조업 분야에서 수소 이용을 촉진하는 내용을 포함시키기로 했다.
새로운 용도를 개척할 뿐만 아니라 나프타(Naphtha) 등을 원료로 사용하는 기존의 산업구조에서 벗어나 이산화탄소 프리 수소로 대체할 가능성을 모색하기 위한 것이다.
민간 분야에서는 연료전지자동차 가격을 대폭 낮춤으로써 2025년경 하이브리드자동차와의 격차를 70만엔 정도로 억제하겠다는 목표를 세우고 있다.
일본 정부는 저탄소사회 실현을 위해 수소를 재생가능에너지와 동급의 새로운 에너지원으로 설정하고 적극 육성하고 있다.
2040년까지 CCS(이산화탄소 포집·저장기술)와 재생가능에너지를 활용해 얻을 수 있는 이산화탄소 프리 수소를 대량 조달하는 것을 최종 목표로 삼고 있다.
경제산업성의 로드맵은 당초 연료전지자동차와 발전 분야에 중심을 두고 수소 이용을 고찰해왔으나 개정을 통해 적용 범위를 다양한 제조업으로 확대함으로써 저탄소사회 실현에 속도를 낼 계획이다.
제철 분야는 이미 철강석 환원에 사용하는 코크스 일부를 수소로 대체하는 Course50 프로젝트를 통해 수소 이용을 촉진하고 있다.
다른 영역에서도 수소 이용이 확대되고 있다.
정유는 탈황공정에서 수소를 이용하고 있으며 석유화학제품과 광섬유, 반도체, 마가린 등 다양한 제조업에서 수소 활용을 본격화하고 있다.
수소는 주로 정유공장과 에틸렌(Ethylene) 크래커 등으로부터 부생되며 부족한 만큼 나프타나 천연가스를 활용해 더 생산하기도 하나 모두 물 전기분해 등으로 얻은 이산화탄소 프리 수소로 대체한다면 프로세스 전체의 저탄소화 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
경제산업성은 해당 시도가 경제성 측면에서도 효과가 탁월할지 검증해나갈 예정이다.
연료전지자동차는 2025년경 HV와 동일한 가격 수준에서 경쟁할 수 있도록 해야 한다는 골자의 기존 수소 기본전략을 바탕으로 가격 인하와 관련된 계획을 세우고 있다.
전기자동차(EV)의 뒤를 이어 연료전지자동차 가격이 HV와 별다른 차이가 나지 않으면 보급이 진전될 것으로 예상하고 격차를 70만엔 정도로 줄이겠다는 세부 목표를 제시했다.
연료전지자동차는 2025년까지 20만대, 2030년까지 80만대를 보급할 계획이나 현재 보유대수가 약 2800만대에 불과한 상태이다.
도요타(Toyota Motor)와 혼다(Honda)가 연료전지자동차 판매에 나섰으나 가격은 모두 700만엔 이상에 달하며, 동일한 수준의 고급 세단형 HV와는 격차가 200만엔이나 벌어져 있어 아직 보급에 속도가 나지 않고 있다.
다만, 연료전지자동차 가격을 낮추기 위해서는 연료전지와 수소탱크 코스트 저감이 급선무이며, 자동차기업들은 앞으로 세단형 외에도 미니밴, SUV(스포츠유틸리티자동차) 등 다양한 형태로 연료전지자동차를 제조함으로써 양산효과를 극대화할 계획이다.
수소연료전지, 코스트 절감 가속화
일본은 수소연료전지 개발도 강화하고 있다.
일본 경제산업성은 수소 기본전략에서 설정한 목표를 확실히 실현하기 위해 기반기술의 성능 및 코스트 내역까지 감안한 타깃을 새롭게 설정해 수소연료전지 전략 로드맵을 개정했다.
연료전지자동차는 2025년까지 연료전지 가격을 현재의 25% 수준인 kW당 5000엔으로, 수소저장 시스템 가격을 약 70만엔에서 30만엔으로 낮출 계획이다. 이를 통해 하이브리드자동차와의 가격 차이를 약 300만엔에서 70만엔으로 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
일본은 연료전지자동차 보유대수가 약 2900대로 추정되고 있으며 2025년까지 20만대로 확대하는 목표를 달성하기 위해 대폭적인 가격 인하를 추진하고 있다.
연료전지와 수소저장 시스템은 자동차 가격에서 차지하는 비율이 높은 것으로 파악되고 있다.
이에 따라 귀금속, 탄소섬유 사용량을 줄임으로써 코스트를 절감할 방침이다.
수소 스테이션은 102개로 세계에서 가장 많이 구축하고 있는 가운데 2025년까지 320개로 늘리기 위해 정비비용을 2억엔으로 40%, 운영비용을 연평균 1500만엔으로 60% 감축하겠다는 목표를 세웠으며 스테이션을 구성하는 압축기 및 축압기에 대한 코스트 목표도 명시했다.
연료전지버스는 2030년 1200대 도입을 목표로 하고 있어 2020년대 전반까지 가격을 1억5000만엔에서 절반으로 인하할 계획이다.
업무용·산업용 연료전지와 관련해서는 그리드패리티(Grid Parity)의 조기 실현을 추진하고 있으며 2025년 무렵을 달성시기로 설정하고 실현을 위한 기기 코스트 및 성능을 명시했다.
수소발전은 2030년 상용화를 목표로 2020년까지 수소전용발전의 발전효율을 26%에서 27%로 끌어올릴 방침이다.
공급 측면에서는 수소 가격을 2030년 무렵까지 노멀입방미터당 30엔으로 설정하기 위해 2020년대 전반까지 달성할 기반기술 목표를 설정했다.
구체적으로는 갈탄가스화 수소 제조코스트를 노멀입방미터당 수백엔에서 12엔으로, 수소액화 원단위를 kg당 13.6kWh에서 6kWh로 줄이고 액화수소탱크 규모를 수천입방미터에서 5만입방미터로 늘릴 방침이다.
재생에너지 베이스 전력을 수소로 만들어 저장하는 Power to Gas는 수전해 장치 시스템 가격을 kW당 5만엔으로 계획하고 있으며 알칼리형과 고체 고분자(PEM)형에 대한 목표를 설정했다.
알칼리형은 2030년 5만엔을 실현함과 동시에 에너지 소비량을 입방미터당 5kWh에서 4.3kWh로 감축할 계획이며 PEM형도 알칼리형에 준하는 수준의 목표를 세우고 있다.
수소, 열 이용해 CO2 없이 생산
일본은 이산화탄소 프리 수소를 열을 이용해 제조하는 공법도 개발하고 있다.
NEDO는 탄화수소 등을 활용해 이산화탄소를 배출하지 않는 수소를 생산하는 기술을 개발하기 위한 조사에 착수했다.
수전해 외의 수소 제조기술을 확립함으로써 선택의 폭을 넓히는 것이 목적이며 메탄을 원료로 사용하면서 고체탄소를 배출시키는 기술과 알칼리 금속을 사용해 미이용 저온열 수소를 제조하는 프로세스 등 4개 기술을 대상으로 하고 있다.
2019-2020년 프로세스 유효성과 사업성에 대한 조사를 진행할 계획이다.
이산화탄소 프리 수소는 재생가능에너지를 활용한 수전해로 제조하는 방법이 주류를 이루고 있으며 탄화수소부터 제조하는 방법으로는 CCS와 조합하는 방법을 검토하고 있다.
NEDO가 조사를 진행하는 대상 기술들은 열을 사용한 수소 제조기술로 새로운 가능성을 모색한다는 측면에서 높이 평가되고 있다.
채택 기술은 산업기술종합연구소, 교토대학, IHI 등이 진행하는 메탄 열분해를 통한 수소 제조기술, Ihara Kogyo와 기후대학의 메탄 직접분해를 통한 수소 제조기술, 지구환경산업기술연구기구(RITE)의 막 반응기를 사용한 메탄 직접분해 수소 제조기술, 히로시마대학의 알칼리 금속을 사용한 레독스 사이클 열화학 수소 제조 등 4건이다.
산업기술종합연구소의 조사는 메탄을 열분해해 고체탄소와 수소를 연속적으로 제조하는 프로세스이며 이리듐 산화물 등을 후보로 900℃ 이하 온도 영역에서 메탄 분해율 80% 이상을 실현할 수 있는 촉매 개발과 연속 반응장치를 개발하는 내용으로 이루어져 있다.
회수탄소 소재로는 유효 이용법을 검토하기 위한 물리·화학성상 조사와 경제성 달성을 위한 조건 등을 검토할 예정이다.
Ihara Kogyo 등의 조사는 메탄을 직접 분해하는 기술로 탄소는 고체 상태로 반응로에서 배출시킬 예정이다.
반응로 밖에서는 촉매와 탄소 분리처리가 필요하지 않으며 탄소 원격저장이 용이해진다는 특징이 있다. 반응로의 최적화가 핵심이며 800℃에서 생성가스(수소와 메탄 혼합가스) 중 수소 농도 50% 이상을 달성하는 것을 목표로 하고 있다.
카본블랙(Carbon Black)과 같이 결정성이 좋은 구형 탄소 구조를 보유한 생성탄소를 이용하는 방안도 모색할 게획이다.
RITE의 조사 역시 메탄 직접분해 반응에 관한 것이며 고체탄소와 수소를 생성시키는 내용이다.
가열을 통해 반응온도를 높이는 과정에서 이산화탄소를 발생시킬 가능성이 있기 때문에 막 반응기로 반응계 외에 수소를 제거시킴으로써 저온에서 높은 전화율을 얻을 수 있는 고효율 수소 제조 프로세스를 마련할 예정이다.
정밀하게 세공이 제어된 실리카(Silica) 막과 파라듐 막 등으로 내열성 500℃ 이상의 수소 선택 투과막 및 막 반응기에서 전화율 60% 이상의 촉매를 개발한다. 메탄 직접분해용 반응기를 시험 제작해 실증단계까지 실시했다.
히로시마대학의 조사는 500℃ 이하 저온영역에서 작용하는 알칼리 금속 레독스 사이클을 통해 태양열과 미이용열을 사용해 이산화탄소 프리 수소를 제조하는 내용이다.
500℃ 이하 열을 사용한 나트륨 레독스 사이클에서 단계별로 화학반응과 평충제어로 물을 열화학적으로 수소와 산소로 분리하는 것이 가능하다.
산화나트륨의 부패 매커니즘 해명, 다내부식 소재의 탐색, 반응제어 기술 확립 등이 과제로 남아 있다.
NEDO는 2년간 조사 사업을 통해 국가 프로젝트로 연구개발을 실시하는데 의의가 있다고 평가하고 있다.
수소에너지 적용을 위해 유망기술이라고 판단된다면 2021년 이후 본격적으로 연구개발 사업으로 진행할 계획이다.
암모니아, 수소사회 실현 위해 컨소시엄 구성
일본은 관련기업 및 기관 50곳으로 구성된 녹색 암모니아(Ammonia) 컨소시엄도 발족했다.
녹색 암모니아 컨소시엄은 일본 내각부의 전략적 이노베이션 창조 프로그램(SIP)의 1단계 프로젝트인 에너지 캐리어 관리법인인 과학기술진흥기구(JST) 아래 2017년 7월 화학, 전력·가스, 플랜트, 상사 등 19사 및 3개 기관이 참여했다.
이후 2019년 4월1일 일반사단법인으로 전환됐으며 국내외에서 관련 사업을 확대하기 위해 여러 활동을 준비하고 있다.
최근 스미토모케미칼(Sumitomo Chemical), 도레이(Toray) 등 화학기업 외에 에너지, 엔지니어링, 건설, 물류기업들도 참여를 확정했으며 해외에서도 석유 메이저 등 글로벌기업들이 참여하고 있다.
암모니아는 이산화탄소를 배출하지 않는 수소 캐리어로 이용 확대가 기대되고 있으며 암모니아 제조·수송·이용 등 밸류체인 형성을 목적으로 사회 적용을 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
SIP 프로그램에서는 암모니아 혼연 가스터빈, 직접 암모니아 공급형 고체산화물 연료전지(SOFC), 저온저압형 암모니아 합성장치 등과 관련된 실증사업을 실시했다.
5년 동안 SIP 1단계를 진행한 후에도 컨소시엄 활동을 계속 이어나감으로써 사업규모를 확대하고 개방적인 독립조직으로 성장시키는 계획을 세우고 있다.
앞으로 정부 정책과 연계해 정보 수집 및 전파, 국제표준화 등을 실시하며 SIP 프로그램이 미국, 사우디, 카타르에서 진행해온 이산화탄소 프리 암모니아 도입과 관련된 사업타당성 조사(FS)를 더욱 구체화할 방침이다.
