[D:로그인 ] 해양그린수소 시대 여는 선박해양플랜트연구소

바다가 만드는 탄소중립 해법

무탄소 연료기술 개발 본격화

국내 핵심원천기술 개발 및 실증

최근 세계는 급변하는 물결 속에 다양한 생존법을 제시하고 있습니다. 기후변화 등 자연재해에 대응하기 위한 탄소중립, 감염병 팬데믹을 극복하기 위한 비대면 문화 확산, 디지털 첨단 기술을 접목한 4차 산업혁명 등 저마다 시장 선점을 위해 발 빠르게 움직이고 있습니다. 우리나라 공공기관들 역시 이러한 변화에 적응하기 위한 중장기 계획을 수립 중입니다. 하지만 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)으로 공공기관 역점 사업에 대한 관심은 크게 줄어든 상황입니다. 데일리안이 기획한 [D:로그인]은 공공기관의 신사업을 조명하고 이를 통한 한국경제의 선순환을 끌어내고자 마련됐습니다. 네트워크에 접속하기 위해 거쳐야 하는 [로그인]처럼 공공기관이 다시 한국경제에서 활약하는 모습을 조명할 수 있기를 기대합니다. <편집자 주>

온실가스 배출을 최대한 줄여야 하는 탄소중립은 이제 전 세계적으로 불가피한 상황이 됐다.

해양 부문 또한 탄소중립을 실현하기 위해 2050년 탄소부담금 등 국제 규제에 대응할 수 있는 역량 강화 로드맵과 단계적 기술전략을 필요로 한다.

이에 선박해양플랜트연구소(KRISO)는 친환경·고효율 선박 기술개발뿐 아니라 해양부문 탄소기술 주요 전략을 지난 7월 수립했다.

우선 2030년까지 중장기 발전계획으로 2008년 대비 탄소집약도 40% 감축과 LNG·바이오·재생연료 등 저탄소 연료기술에 이어 원자력·수소·암모니아 등 무탄소 연료기술을 개발한다는 계획이다.

그중에서도 수소에너지는 화석연료와 달리 고갈될 우려나 지역적 편중이 없고, 무엇보다 환경보호에 기여할 수 있는 무공해 연료라는 점에서 최근 매우 많은 주목을 받고 있으며 나아가 그린수소를 활용한 탈탄소 도입을 중점 추진하고 있다.

그린수소는 가장 친환경적으로 태양광·풍력 발전 등에서 나온 전기로 물을 전기분해해 생산하는 것으로 국가별로 수소사회 진입을 위한 정책을 발표하고 제시하고 있다.

탈탄소 핵심기술, 해양그린수소는 어디까지…

해양그린수소 비즈니스 모델 예시 ⓒKRISO

해양분야 재생에너지의 변동성에 따른 극복의 대안으로 그린수소 개발 필요성이 대두되면서 에너지 캐리어라 할 수 있는 대용량 장기저장 방법과 친환경 연료로서의 활용방안도 관건이 되고 있다.

언제, 어떻게 개발하고 준비해야 하는지에 따라 에너지의 효율성과 활용성을 높일 수 있는 만큼 관련 정책 방향과 확산 시기를 제시하기 위한 계획에 맞는 개발과 실증·실험 등에 대한 중요성도 커지고 있다.

KRISO는 2050년까지 그린수소 중심시장이 60% 이상 확대된다고 예상하고 있다.

해양 재생에너지로 자원과 공간의 제약을 받지 않아 확장성이 높은 파력·풍력·조류력·조력 등이 발전장치를 거쳐 수전해와 해수담수화 장치를 만나게 되면 수소 생산이 가능해지고 이를 대용량화하면 해양 그린수소의 운송시스템을 통해 에너지로서의 활용이 가능해진다.

해외에서는 실증 연구개발로 고정식과 부유식 기술개발을 확대하고 있지만 국내에서는 재생에너지 기반 그린수소 자급모델이 부재한 상황이다.

수소에너지 자급모델 확보 차원…고정식 실증 1단계 추진

이에 우선 KRISO는 핵심원천기술 개발로 고정식 수소생산 실증 1단계에 착수했다. 올해부터 5년간 165억2000만원을 투입한다.

또 소규모 실증으로는 부유식 생산시스템 실증과 안전평가체제 구축을 2단계로 2026년부터 5년간 실시한 이후 준상용화 실증에 돌입한다는 계획이다.

고정식 및 부유식 해양그린수소 생산시스템은 해양수산부 국가연구개발사업 연구로 추진된다. 고정식의 경우는 대규모 수소에너지 자급모델 확보를 위한 국내 최초 해양에너지 연계시스템이 목표다.

실증플랜트 입력전압 500KW급 이상과 MW급 고정식 해양그린수소 생산시스템 설계도, 국내 최초 해양에너지 연계 고정식 해상 수소생산 기술 등을 얻기 위해 수소항만용 파력발전시스템과 해상발전단지용 풍력 등의 실해역 실증을 진행 중이다.

올해 시스템 설계를 거쳐 내년에는 시스템 제작과 육상성능 평가를 2024년에는 파력발전의 소규모 실증, 2025년에는 파력과 풍력을 결합한 복합실증을 연구 운용할 예정이다.

1단계 핵심기술로는 실증시스템 설계와 MW급 시스템 설계, 통합성능해석, 사업모델 도출 및 경제성 분석, 해양에너지 고도화 등이다.

현재 15MW급 부유식 해상풍력 독자모델 개발 및 MiLS 기반 모형 실험과 해양그린수소 발전기 일체형 생산시스템과 대용량 집중형 생산플랜드를 개발 중이다.

또한 액화수소 저장탱크 코드기반 다층단열 및 지지구조물 개념설계와 신담수-고도농축 복합공정 개념설계와 공정해석을 수행 중이며, 해양그린수소 생산저장 해상플랫폼 개발과 부유식 수소생산 플랫폼 PFD도출을 진행 중이다.

고정식 해양그린수소 생산시스템 실증 연구개발 범위 ⓒKRISO

파도를 에너지로…파력발전, 순수 국내기술로 제주해역서 실증연구

재생에너지의 한 종류인 파력발전은 파도의 에너지를 이용해 발전기를 돌려 전기를 생산하는 것으로, 실해역 실증을 위해 최적의 장소인 제주도에 발전시스템을 도입하고 소규모로 생산 중이다.

KRISO는 지난 2016년 제주 용수리에 우리나라 최초의 파력발전을 설비를 구축하면서 터빈, 전력 제어기와 같이 핵심설비를 순수 국내기술로 개발하는데 성공한 이후 2021년 11월 제주 추자도에 파력발전기를 추가로 설치했다. 추자도에 설치된 파력발전은 4가지의 기술 개발 성과를 보여줬다.

설비의 소형화·표준화로 인구와 전력수요가 낮은 섬 지역 특성에 맞춰 용량을 자유롭게 조정할 수 있도록 했고, 방파제에 발전기를 부착해 구조물 비용을 절감하면서 거센 파도에도 버틸 수 있도록 안전성을 높였다.

아울러 전력제어기술의 고도화에 따라 작은 파도에서도 발전이 가능하게 했으며 에너지 저장 장치와의 연계를 통해 생산한 전기를 저장해 안정적으로 공급할 수 있게 했다.

이를 바탕으로 향후 시범 운용을 통해 기술이 더욱 고도화된다면 전국 어항과 항만의 방파제에 설치하고 보급할 수 있는 상용화 단계로 추진한다는 계획이다.

탄소중립 시대에 가장 필요한 미래형 에너지 기술로 평가받는 기술 중 하나로 꼽히는 해양그린수소 생산시스템도 과제는 남아있다. 비교적 높은 생산단가와 상당한 전력 소모량에 대한 문제를 해결해야 한다.

이 같은 경제성을 확보해야 상용화되고 탄소중립의 핵심기술로 거듭날 수 있다.

‘해양과 해안에 관한 전략을 실행할 줄 아는 사람들에게 각 나라 국민의 미래가 달려있음을 깨달아야 한다’는 말처럼, 바다의 에너지를 활용한 친환경성 기술개발에 우리의 미래가 달려있는 상황에서 원천기술개발에 기대를 걸어본다.