[기고] 부생수소의 특성 및 활용방안

글. 김현창 ㈜이너젠컨설팅 이사, (사)한국음식물류폐기물수집운반업협회 탄소중립대응본부장
김한결 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2021-05-12 15:19:58
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▲ 김현창 ㈜이너젠컨설팅 이사, (사)한국음식물류폐기물수집운반업협회 탄소중립대응본부장

2021년 4월 22일, ‘지구의 날’을 맞아 조 바이든 미국 대통령은 세계 주요 40개국 정상을 초청하여 화상으로 기후정상회의를 개최하였다. 회의에는 문재인 대통령을 포함해 일본, 독일, 영국 등 우방국가 뿐 아니라 미국과 긴장 관계인 중국, 러시아도 참여했다. 이 회의에서 문재인 대통령은 한국의 온실가스 감축 목표를 추가 상향하고, 탄소중립을 위해 탈석탄 및 신재생에너지 확대를 선언했다. 친환경에너지인 수소는 자원부족국가인 우리나라가 화석연료에 대한 의존도를 낮추고 에너지 자립국가로 나아갈 수 있는 가장 현실적인 대안 중 하나다. 이번호에서는 부생수소의 특성 및 그 활용방안에 대해 살펴본다.

부생수소의 정의 및 특성
부생(副生)수소(by-product hydrogen)는 제품의 생산과정에서 순수하게 부산물로 얻어지는 수소를 의미하며, 주로 석유화학 산업(클로르-알칼리 공정(염소와 가성소다를 생산하는 공정)
, 나프타 접촉개질 공정, 나프타 수증기 분해 공정, 프로판 탈수소 공정, 에틸벤젠 탈수소 공정 등)과 제철 산업 등에서 부산물로서 발생한다. 제철 산업에서는 철광석을 환원(산소를 떼어내 철 생산)하기 위해 코크스를 사용하는데, 석탄을 고온의 가열로에서 건류(공기를 차단하여 유기 고체 잔류물을 분리, 회수하는 것)하여 코크스를 생산하는 과정에서 다량의 수소를 포함하고 있는 부생가스(COG: 코크스 오븐 가스)가 생산된다.


우리나라는 중화학공업이 많이 발전하였으며, 특히 주요 석유화학 및 철강단지(울산, 여수, 대산, 포항, 광양 등)에서는 다양한 석유화학제품 및 철강제품 생산 과정에서 부생수소가 많이 발생한다. 부생수소는 부산물로 발생하는 수소를 활용한다는 점에서 생산량에 한계가 있으나, 수소 생산을 위한 추가설비 투자비용 등이 없어 경제성이 높다는 장점이 있다.

 

 

이러한 부생수소는 최초 발생된 후, 배관 또는 튜브트레일러를 통해 유통사(공급사) 또는 수요자에게 운송되거나, 액화하여 액화수소로 저장 및 운송되어 사용된다. 

 

국내 부생수소 현황
수소경제 활성화 로드맵(2019.1)에 따르면, 2017년 현재 국내 부생수소 생산능력은 약 192만톤(울산50%, 여수34%, 대산11%, 기타5%)이며, 그 중 실제 생산량은 약 164만톤(자체 소비 141만톤 + 외부 활용 23만톤)이다. 부생수소의 여유생산능력은 약 5만톤으로, 이는 수소차 약 25만대에 필요한 수소량이다.

 

 

부생수소의 공급방식은 수소 파이프라인 또는 튜브트레일러로 공급하는데, 각각의 공급량 및 비율은 아래 표와 같다.

 

 

탄소중립 목표 달성을 위한 부생수소 활용방안
앞에서 살펴본 바와 같이, 우리나라의 산업 특성상 부생수소는 필연적으로 발생할 수 밖에 없으므로 이를 잘 활용하면 수소경제 활성화 뿐 아니라 탄소중립 목표 달성이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있다. 그렇다면, 탄소중립 목표 달성을 위해 부생수소를 활용하는 방안은 어떤 것이 있을까? 이에 대한 해답으로 필자는 이수화학㈜ 온산공장의 사례를 소개하고자 한다.  

 

이수화학㈜는 울산에 위치한 중견기업으로 세탁세제 원료, 잉크 원료, 타이어 첨가제 등의 석유화학계 기초 화학물질을 제조하는 회사이다. 온산공장은 제품의 주요 원료인 수소를 제조하는 공정을 가동하여 연평균 55,792tCO2-eq(’2011~’13년)의 온실가스를 배출하였다(수소제조공정에서 발생하는 온실가스 종류는 ①고정연소배출, ②수소제조 공정배출, ③간접배출(전기)의 3가지가 있다. (근거: 온실가스 배출권거래제의 배출량 보고 및 인증에 관한 지침, [별표]6)).

 

 

이는 전사 온실가스 비중의 15.8%를 차지하는 양으로, 단일 공정으로는 가장 많은 온실가스 배출량을 기록하여 이수화학은 온실가스 배출권거래제 할당업체로 규제에 대응하는데 큰 고민이 아닐 수 없었다. 회사는 배출권거래제에 대응하기 위해 약 15%이상의 온실가스를 감축해야 하는 숙제를 안고 있었다.

 

 

그러나 회사는 발상의 전환을 통해 이러한 어려움을 훌륭히 극복하여 수소제조공정의 온실가스 배출량을 전량 감축하였으며, 더 나아가 환경부로부터 배출권거래제 3차 계획기간에 부생수소를 활용한 감축실적을 인정받아 상당한 규모의 경제적인 부가가치를 창출하였다.(다음 호에 계속) 

 

※ 외부 필자의 원고는 본지의 편집방향과 일치하지 않을 수 있음을 밝힙니다.

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