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[에너지 지식창고] ② 탈탄소를 향한 징검다리, 수소혼소발전

에너지식창고라는 제목 아래 책에서 암모니아 화학식, 친환경 수소, 풍력터빈, 수소로 전기가 발생된 전구 일러스트가 튀어나오는 모습을 하고 있다. 그 아래 2편 탈탄소를 향한 징검다리, 수소혼소발전이라고 쓰여 있다.

우리나라가 설정한 2050 탄소중립 목표를 달성하기 위해서 무(無)탄소 신(新)전원 활용의 필요성이 점차 대두되고 있다. 산업부는 청정수소발전제도(CHPS)를 내년부터 도입하고, 2030년 국가온실가스감축목표(NDC) 40% 달성을 위해 무탄소 연료인 수소·암모니아를 활용한 발전을 확대해 나갈 계획이라고 밝힌 바 있다.

Q.'CHPS'란? 암모니아, 탄소 포집저장활용 기술(CCUS) 등 다양한 수소 생산방식의 생산과정에서 발생되는 탄소 배출량에 따라 등급을 매기는 청정수소발전의무화제도라고 쓰여있으며 그 아래에는 주요국 청정수소 인증제도 도입 추진 현황이라는 제목 아래 첫번재 표에는 EU 탄소배출량 감축 수준 및 재생에너지 사용 여부에 따라 저탄소 또는 그린 수소로 인증하는 안 마련중이라고 쓰여있다. 두번째 표는 중국 탄소배출량 감축 정도 및 재생에너지 사용 여부에 따라 저탄소, 청정, 재생 수소로 구분해서 인증 이라고 쓰여있다. 세번째 일본 탄소배출량 감축 정도에 따라 4단계 등급으로 인증하는 방안 검토중 이라고 쓰여있다. 마지막 표에는 한국 청정수소 개념과 범위 규정하는 수소법 개정안 국회서 논의 중이라고 쓰여 있다. 우측 맨 하단에는 *자료 : 국회입법조사처라고 쓰여있다.

이렇듯 수소 산업의 투자를 본격화하기 위해 청정수소의 정의를 확립하고 청정수소발전의무화제도(CHPS)를 도입하는 움직임이 일고 있다. ‘CHPS’는 RPS*에서 수소발전을 분리해 별도의 입찰 시장을 개설 및 운영하는 것으로, 발전 과정에서 청정수소 사용을 촉진하기 위한 제도라 볼 수 있다. 이를 통해 수소연료전지, 수소터빈, 수소엔진 등 수소경제 활성화가 적극적으로 이뤄질 것으로 보인다.
*RPS(Renewable Portfolio Standards) : ‘신재생에너지 공급 의무화 제도로, 설비용량이 500MW 이상인 발전사업자에게 일정량 이상의 신재생에너지로 전력을 생산하라는 의무를 부여한 제도를 말한다.

l 2050 저탄소 발전의 핵심 매개체, 수소

수소는 화석연료와 달리 고갈될 우려나 지역 편중이 없고, 지구 표면의 70%를 덮고 있는 물에도 가득 들어 있다. 문제는 수소가 바로 대체 에너지로 활용하기 어렵다는 점이다. 다른 에너지원과 비교해서 높은 생산비용이 수반되는데, 수소 기체에는 탄소나 질소, 산소 등 다른 화합물이 포함돼 있어 에너지로 활용하기 위해선 공정 과정이 발생하기 때문이다.

수소 혼소 발전 개념도라는 제목 아래 왼쪽부터 차례대로 천연가스를 가리키는 화염 일러스트, 수소를 가리키는 물방울 일러스트가 합쳐져 가스터빈에 들어가 전기를 생산해내는 것을 나타내고 있다. 가스터빈 주변에는 H20. Air, CO2, NOx 원소기호가 그려져 있다.

석탄발전 중심의 전력믹스에서 친환경‧무탄소 에너지로의 전환을 요구하는 시점에서, 가스 발전 주요 장비인 가스터빈은 천연가스뿐 아니라 수소 등 다양한 연료로 가동할 수 있어 에너지 믹스로 활용하기 용이하다. 특히 ‘수소혼소 발전’이 탄소중립의 징검다리 역할을 할 현실적이면서 효율적인 전력 생산 방식인데, 가스터빈에 수소와 천연가스(LNG)를 혼합해 연소하는 전기를 생산한다. 기존 LNG발전 가스터빈의 연료를 천연가스에서 수소로 점진적으로 대체해 나간다면 발전 분야 내 이산화탄소 배출량을 획기적으로 감축시키고 미세먼지의 원인인 질소산화물(NOx) 발생도 낮출 수 있는 장점을 갖고 있다. 또한, 기존 10년 이상 노후화된 가스터빈을 수소 혼소 발전 방식에 맞게 개조해 설비 수명까지 늘릴 수 있어 매우 경제적이기도 하다.

수소혼소율에 따른 co2 감축 효과라는 제목아래 작은 글씨로 *100MW급 가스터빈 기준, 단위 : 톤이라고 쓰여있다. 그 아래 연간 이산화탄소 배출량 관련 그래프가 그려져있다. LNG가 100%일때는 CO2가 약 47만 수소가 35% 혼합되었을 시 CO2가 약 40만으로 위 그래프보다 14% 감소한 것을 말해주고 있다. 그 아래 70% 혼합시 CO2가 약 30만으로 상대적으로 37% 감소한 것을 말해주며 수소가 100%일경우 CO2 FREE로 100% 감소했다는 것을 나타내고 있다.

이때 연소 중 혼합된 수소량에 비례해 배출되는 이산화탄소량을 저감할 수 있다고 한다. LNG만으로 가스터빈을 돌렸을 때 발생하는 이산화탄소 배출량을 100이라고 봤을 때, 수소혼 소율을 70%까지 높이면 이산화탄소 배출량을 40% 이상 줄일 수 있다. 향후 수소 100%로 터빈을 돌려 탈탄소를 실현하려는 궁극적인 목표를 향한 과도기적 솔루션인 셈이다.

l 수소에너지 시대로의 전환 꿈꾸는 포스코

수소혼소 가스터빈 모형의 모습이다.

포스코그룹이 보유한 발전소 설비 전체 용량은 약 6.5GW(기가와트)로, 이를 모두 수소발전으로 전환 시 연간 200만 톤의 수소 수요가 창출된다. 포스코인터내셔널(에너지부문)은 현재 인천지역에 약 3.4GW의 LNG발전소를 운영 중이며, 이중 3, 4호 발전기를 최신의 수소 혼소가 가능한 발전기로 대체해 세계 최초 GW급 상업용 수소혼소 발전소 운영을 계획하고 있다. 현재 개발하는 수소혼소발전은 최대 50%까지 수소 혼소가 가능하며, 20%의 이산화탄소 저감 효과를 가져온다. 안정적인 운영 노하우와 발전터빈 기술사와의 협력을 통해 2027년 3, 4호기를 시작으로 2035년 9호기까지 친환경적인 수소혼소발전 기술을 확대해 나갈 계획이다.

표 왼쪽 상단에 POSCO INTERNATIONAL 로고가 위치해 있으며 가운데에 친환경 에너지 전문기업 종합사업회사 포스코인터내셔널 포스코인터내셔널이 포스코에너지와 하나가 되어 더 밝고 더 따스한 미래를 열어갑니다가 쓰여있다. 왼쪽 하단에는 LNG 사업 밸류체인 완성이라는 표가 그려져 있다. 가스전-수출터미널-LNG운송선-트레이딩-수입터미널-LNG발전-시운전-벙커링 순서로 관련 일러스트가 그려져 있다. 오른쪽에는 발자국 모양의 잔디와 그 위에 태양광, 풍력발전, 선적, 발전소 관련 그림이 그려져 있다. 오른쪽 하단에는 with POSCO 로고가 그려져 있다

▲ 포스코인터내셔널_통합 포스터

올 초 포스코에너지는 포스코인터내셔널과의 합병을 통해 더욱 탄탄한 LNG 밸류체인을 갖춰 양적 성장은 물론 재생에너지·수소인프라 등 친환경 사업 확대로 질적 성장을 도모할 것으로 보인다. 포스코인터내셔널은 지난 1월 광양 제2LNG터미널 착공식을 열고, 오는 2025년까지 9300억원을 투자해 20만kL급 LNG 탱크 2기(7~8호)와 27만kL급 부두 등을 건립하는 등 에너지 포트폴리오 강화에 나선다.

격변하는 지구 환경 속에서 수소혼소발전의 단계적 적용과 함께 CCUS, 에너지저장장치(ESS) 등 신기술의 사업화 방안을 모색하는 등 지속가능한 사회를 위해 더 나은 가치를 창출할 포스코의 미래가 기대된다.

[에너지 지식창고 모아보기]
– 1편 : 수소로 만드는 그린철강시대

기업시민 포스코 Green With POSCO 함께 환경을 지키는 회사 / Together / Green / Life / Community / 우측 손 위에 새싹이 자라는 일러스트 이미지.

포스코그룹이 2030 부산세계박람회 유치를 응원합니다 라고 쓰인 파란색 배경의 응원배너이다.