[논문]천연가스 개질형 <tex> $30Nm^3/hr$</tex>급 수소스테이션 연구개발 현황

이영철; 조영아; 박달영; 최정환; 김재동; 송택용; 조병학; 김동혁; 이중성; 오영삼; 홍성호

[국내논문] 천연가스 개질형 $30Nm^3/hr$급 수소스테이션 연구개발 현황
Current Progress of Development of $30Nm^3/hr$ Scale Hydrogen Refueling Station with Natural Gas Reformer 원문보기

이영철 (한국가스공사 연구개발원 수소연료전지연구개발) , 조영아 (한국가스공사 연구개발원 수소연료전지연구개발) , 박달영 (한국가스공사 연구개발원 수소연료전지연구개발) , 최정환 (한국가스공사 연구개발원 수소연료전지연구개발) , 김재동 (한국가스공사 연구개발원 수소연료전지연구개발) , 송택용 (한국가스공사 연구개발원 수소연료전지연구개발) , 조병학 (한국가스공사 연구개발원 수소연료전지연구개발) , 김동혁 (한국가스공사 연구개발원 수소연료전지연구개발) , 이중성 (한국가스공사 연) , 오영삼 , 홍성호

수소는 청정에너지로서 미래에너지의 대안으로 여겨지고 있기 때문에 수소에너지 관련 기술은 미래 국가 경쟁력을 좌우할 것으로 예상되며 이러한 수소에너지의 핵심인 수소스테이션 관련 기술은 국가연료전지 시장을 비롯한 수소자동차 사업 전반에 커다란 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 이에 따라 전 세계적으로 수소에너지를 차세대 에너지원으로 개발하기 위하여 전력을 다하고 있으며, 수소연료전지자동차 개발과 아울러 수소스테이션 개발에 대한 인프라 구축 및 실증연구가 본격적으로 이루어지고 있다. 국내에서도 가스공사를 비롯한 에너지 관련 기업에서 수소스테이션 건설이 추진되고 있으며, 본 연구에서도 수소인프라 구축의 일환으로 추진되고 있는 수소스테이션 개발 현황에 대하여 논의하고자 한다.

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문제 정의

1은 한국가스공사의 전국 배관망도를 나타낸것이다. 본 연구에서는 한국가스공사 인천생산기지내에 천연가스로부터 직접 수증기 개발 방식으로 수소를 제조하는 수소스테이션 건설에 대한기술개발 현황을 기술하고자 한다.
연료전지 사업단에서 실시하고 있는 3개의 기술개발 사업에 의해 서로 다른 연료에 의한 수소 스테이션 건설 및 실증사업이 진행되고 있다. 그 중 한 국가스공사는 2006년 8월에 완공을 목표로 수행하고 있는 사업에 대한 전반적인 진행에 대해 다음에서술하고자 한다.

제안 방법

수소스테이션은 설계하기 위해 외국 사례를 위주로 하여 가스원료를 사용하는 수소 스테이션을 분석 검토하여 규격 결정하였다. 결정된 규격은 30 Nm3/hr 급의 수소 스테이션으로 천연가스 개질 방식으로 연료전지 자동차에 350 bar로 충전이 가능하며, 저장장치의 용량은 72 kg으로서 구성하도록 하였다.
규격 결정하였다. 결정된 규격은 30 Nm3/hr 급의 수소 스테이션으로 천연가스 개질 방식으로 연료전지 자동차에 350 bar로 충전이 가능하며, 저장장치의 용량은 72 kg으로서 구성하도록 하였다. 그리고 140 L 용기를 갖는 승용차에 350 bar로 12분 동안에 충전하도록 하며, 700 L용기를 갖는 버스의 경우에는 350 bar로 30분 안에 충전하도록 설계되었다.
의거해서 선정되었다. 물론 설치장소에 대한안전성 평가를 실시하여 주위에 설치된 또는 설치될 설비에 대한 안전 여부를 판단하는 평가를실시하였다.

대상 데이터

처음이다. 그리고 과학기술부 산하 고효율수소에 너지 제조 . 저장 이용 기술 개발사업 단에서 추진 중인 사업에서 한국에너지기술연구원 (KIER)에 설치 예정인 수소스테이션이 두 번째라고 할 수 있다.

이론/모형

수소스테이션 설치 부지를 선정하는 데 있어서관련법규는 2005년 4월 14일에 제정된 "수소자동차 연구개발용 수소자동차충전소의 시설기준및 기술기준 등에 관한 특례기준”의 제4장에 있는 관한 시설기준 및 기술기준” 에 명시된 고압가스안전관리법 시행규칙에 의거해서 선정되었다. 물론 설치장소에 대한안전성 평가를 실시하여 주위에 설치된 또는 설치될 설비에 대한 안전 여부를 판단하는 평가를실시하였다.

성능/효과

이와 같은 기술들 중에서수소 제조기술은 수소제조를 위한 주 반응기 이외에 탈황, CO2 분리 공정, 수성가스 반응기 (water-shift reactor), H₂ 분리 및 정제둥 주가적이고 복잡한 공정이 필수적으로 요구된다. 그 중에서 천연가스를 이용한 수소제조 방법은탄소수 대비 수소수가 가장 높으므로 다른 제조봅에 비하여 가격이 저렴하며, 또한 수소연료전지 자동차의 주행에 따른 이사 화탄소 배출량(자원의 채취, 전환, 수소을 포함)은 휘발유차의 약 41%, 디젤 자동차의 약 57%로 감소한다. 이와 같은 점에서도시가스 파이프라인이 이미 갖추어진도시에서는 이러한 천연가스 개질에 의한 수소제조 방식이 효율적이며, 환경부하의 감축에 기여할 것으로 사료된다.
이와 같은 점에서도시가스 파이프라인이 이미 갖추어진도시에서는 이러한 천연가스 개질에 의한 수소제조 방식이 효율적이며, 환경부하의 감축에 기여할 것으로 사료된다. 그리고 천연가스는 기존 화석연료에서 세계적으로 가장 많은 매장량을 나타내며, 특히 우리나라의 경우에도 기존 배관망 등을 활용하여 현지에서 직접 수소제조가 가능하다는 점에서 운반에 필요한 에너지의 손실이 없기때문에 과도기적으로 수소제조원으로 가장 적합하다고 판단된다. 필요할 때 필요한 만큼의 양의수소를 수소스테이션 현장에서 제조할 수 있으므로 수소를 트레일러 등으로 운반할 필요가 없으며, 다량의 수소를 저장할 필요도 없다.

후속연구

그리고 2010년까지도쿄를 비롯한 3대 대도시에 5백 개소의 수소스테이션을 건설하려는 계획을 가지고 있다. 이어 2020년까지 서비스 지역을 주요 대도시로 확대하여 수소스테이션을 3500개소로 늘리고 최종적으로 2030년에는 일본 전역에 총 8500개소의 수소스테이션을 설립할 계획이다.

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