치요다, 이산화탄소 자원화 강화 … 수전해 설비 대규모화 추진

치요다(Chiyoda)가 재생에너지 베이스 수소와 이산화탄소(CO2)를 원료로 연료나 화학제품 원료를 생산하는 PtX(Power-to-X) 기술 보급에 박차를 가하고 있다.
PtX는 풍력, 태양광 등 재생에너지로 생산한 친환경 전기로 물을 분해해 그린수소, 암모니아(Ammonia), 메탄올(Methanol) 같은 합성연료‧화학제품을 생산하는 기술이다.
그린수소는 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않기 때문에 화석연료 의존도가 높은 한국 역시 PtX 기술 확보가 요구되고 있다.
합성연료 프로세스는 크게 일산화탄소(CO)와 수소로 액체 합성유를 제조하는 FT(Fischer-Tropsch) 합성 프로세스와 메탄올(Methanol)을 경유하는 프로세스로 구분되며 2개 프로세스 모두에서 나프타(Naphtha), 휘발유, 경유, 제트연료 등 액체연료를 얻을 수 있다.
치요다는 기존 2개 프로세스 뿐만 아니라 합성 메탄과 수소 제조, 수소 캐리어 등 PtX 실현이 요구되는 다양한 기술을 상용화하는 것을 목표로 하고 있다.
이산화탄소를 자원화하는 프로젝트는 메타네이션과 합성연료 실증 플랜트 EPC(설계‧조달‧시공), 이산화탄소를 일산화탄소로 변환하는 플랜트 기본설계 등을 추진하고 있다.
메타네이션 실증설비는 INPEX로부터 수주받아 오사카가스(Osaka Gas)가 개발한 기술로 세계 최대수준인 시간당 이산화탄소 환산 기준 400노말입방미터의 생산능력을 갖추었으며, 에네오스(Eneos)로부터는 FT 합성 프로세스를 활용하는 합성연료 소규모 시험설비(하루 생산능력 1배럴)를 수주한 것으로 알려졌다.
일산화탄소 변환 플랜트는 기본설계에 세키스이케미칼(Sekisui Chemical)이 개발한 고효율 변환기술인 케미칼 루핑 반응 기술을 도입했다.
이밖에 혁신적 합성연료 기술을 보유한 독일 Ineratec과 전략적 연계협정을 체결하고 아시아‧태평양 지역에서 합성연료 프로젝트 추진에 힘을 모으고 있다.
그린수소 생산 분야에서는 도요타자동차(Toyota Motor)와 연계하고 있다.
현재 도요타자동차가 연료전지자동차(FCV) 분야에서 축적한 연료전지 셀 기술을 활용해 컴팩트하고 코스트가 낮은 수전해 장치를 공동 개발하고 있으며, 치요다는 모듈 공법 및 해외 프로젝트 경험을 살려 표준화된 플랜트 설계와 프로젝트 수행에 기여하고 있다.
2025년 실증 플랜트에서 시험을 시작하고 2027년 수MW 혹은 수십MW급 소규모 시스템, 2028년에는 수백MW 혹은 수GW 수준의 대규모 시스템으로 확대해 양산을 시작할 예정이다.
치요다 단독 프로젝트로는 MCH(Methyl Cyclohexane)를 사용한 수소 서플라이체인 제안과 암모니아를 수소 캐리어로 사용하기 위한 암모니아 합성기술 및 분해기술, 수소와 이산화탄소를 원료로 에틸렌(Ethylene)과 P-X(Para-Xylene)를 생산하는 기술을 개발하는 등 다양한 PtX 기술 상용화에 박차를 가하고 있다.
네덜란드도 로테르담(Rotterdam)항을 유럽 최대의 수소 허브로 키우면서 PtX 패권 선점을 추진하고 있다.
쉘(Shell)이 네덜란드에 건설하고 있는 쿠스트노르트(Kust Noord) 해상풍력단지(HKN)와 하이드로젠1(HH1), 바이오연료 설비(로테르담)도 PtX 기술이 구현된 에너지 네트워크로 주목되고 있다.
HKN의 잉여 전력을 HH1으로 보내 그린수소를 생산한다. 네덜란드는 신재생에너지 발전 비중이 2021년 기준 33%에 달한 것으로 파악된다.
덴마크 역시 2021년 소비전력 총량의 80%를 신재생에너지 발전으로 충당했으며 최근 신재생에너지 발전을 넘어 그린수소 상용화를 위한 PtX 프로젝트에 집중하고 있으며 2030년까지 수전해 설비용량을 최대 6GW까지 확충할 계획이다.
PtX 분야에서는 유럽과 오스트레일리아가 앞서고 있으나 미국, 타이완도 주목하고 있다.
PtX는 재생에너지의 잉여 전력을 활용해 저장‧운송이 쉬운 형태의 에너지를 창출해 간헐적이고 저장이 어려운 재생에너지의 단점을 보완하는 역할을 할 뿐만 아니라 생산 과정에서 탄소 배출이 없어 궁극의 수소로 불리는 그린수소를 얻을 수 있기 때문에 탄소중립과 에너지 자립을 추구하는 국가를 중심으로 기술 확립에 집중하고 있다.
특히, 석유나 가스 등 전통 화석연료 자원이 없어 수입에 의존하는 국가들은 PtX를 통해 에너지 공급 안정성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
PtX 기술의 핵심인 수전해 설비는 MW에서 GW로 생산량이 커지고 있다.
IHS마킷에 따르면, 2020년 기준 100MW에 불과하던 PtX 수전해 설비 총량은 2030년 11GW로 급성장하고 수전해설비를 통한 세계 에너지 생산 코스트는 2025년경 70%까지 줄어들 것으로 예상된다. (강윤화 책임기자)