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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 전과정평가(LCA)와 전과정비용분석(LC3A)기법을 적용하여 국내의 기존 수소 제조 경로와 연구 개발 중인 수소 제조 경로들을 파악하여 수소가 수송연료로써, 환경적인 개선 측면과 연료로서 사용할 수 있는 가격 경쟁력을 가질 수 있는 지를 규명하였다.
제안 방법
- 연료의 전과정을 고려하였다.(1) 대상 수소 제조 시스템은 국내의 수소 제법 중 대표적인 Naphtha SR 수소제법과 수소스테이션용으로 연구 개발 중언 NGSR 수소제법, 마지막으로 화석연료를 원료원으로 하지 않는 WE 수소제법으로 하였다. 수소의 수송연료로써 가격 경쟁력과 한 경성개선 효과를 분석하기 위하여 기존 연료인 가솔린과 디젤의 잔과정 역시 연구의 대상 시스템에 포함하였다.
- Fig 8을 보면 알 수 있듯이 , 수소에 가솔린과 같은 세율을 부과할 경우와 부과하지 않았을 경우 두 가지 경우에 대해서 분석하였다.
- 수소 제법이다. Naphtha SR 수소 경로는 Fig 1에 나타낸 것과 같이, 원산지에서 Crude oil을 채취한 후, Oil-Tanker로 수입하여 정제과정에서 얻은 납사와 스팀의 개질반응을 통하여 수소를 생산하여 유통하기 위한 고압 가스 압축(200bar) 및 저장하여 400bar로 차량에 충전되어 연료로 사용되는 것이 Naphtha SR에 의한 수소의 전 과정이며, 이 일련의 과정을 평가 대상 시스템으로 고려하였다.
- 가솔린과 디젤의 경로는 각 원산지 별로 원유를 수입량과 거리를 고려하여 원료 채취 단계와 수송단계를 적용한 다음, 국내 정유공장에서 정제 공정과, 제조 후 송유관을 통해서 일정 거점까지 동일하게 운반 후, 탱크로리로 수요처인 주유소로 유통하는 단계, 내연기관 자동차에서 사용되는 것까지의 일련의 과정을 모두 고려하였다.
- 기존 연료와 수소가 각각 ICEV와 FCEV에서 연료로 사용될 경우, 주행 시 비용 차이를 분석해보았다. Fig 8을 보면 알 수 있듯이 , 수소에 가솔린과 같은 세율을 부과할 경우와 부과하지 않았을 경우 두 가지 경우에 대해서 분석하였다.
- 기준으로 평가를 수행한다. 본 연구에서는 기존 연료인 가솔린과 디젤과의 동등한 비교를 위하여 평가 기준을 자동차 배출허용기준 및 수명과 평균 주행거리를 고려하여, 160, 000km를 주행할 때, 발생하는 환경부하와 비용을 비교 분석하였다.
- 본 연구의 시스템경계는 수소를 제조하기 위하여 사용되는 원료 채취로부터 수소가 수소 스테이션에 저장되어 자동차에 주유되어 연료로 사용하기까지의 연료의 전과정을 고려하였다.(1) 대상 수소 제조 시스템은 국내의 수소 제법 중 대표적인 Naphtha SR 수소제법과 수소스테이션용으로 연구 개발 중언 NGSR 수소제법, 마지막으로 화석연료를 원료원으로 하지 않는 WE 수소제법으로 하였다.
- 화석자원 소모량 비교는 연료 경로 별, 원유, 석탄, 천연가스 소비량을 에너지 단위로 환산하여 16만km 주행 시, 투입되는 에너지 량으로 나타내었다. 각 연료 별, 원료물질들의 소모량이 가장 많이 소모되는 것으로 나타나고 있으며, WE의 경우 앞서 언급한 것과 같이 수소 제조 시 투입되는 에너지 중 화력발전으로 인하여, 석탄 소모량이 가장 많이 나타나는 것을 알 수 있다.
- 환경성 부문에 있어서, 수송연료로 발생하는 가장 심각한 영향인 화석연료 소모 부문과 지구온난화 그리고 주요 규제대상 대기배출물에 대하여 평가하였다.
대상 데이터
- (1) 대상 수소 제조 시스템은 국내의 수소 제법 중 대표적인 Naphtha SR 수소제법과 수소스테이션용으로 연구 개발 중언 NGSR 수소제법, 마지막으로 화석연료를 원료원으로 하지 않는 WE 수소제법으로 하였다. 수소의 수송연료로써 가격 경쟁력과 한 경성개선 효과를 분석하기 위하여 기존 연료인 가솔린과 디젤의 잔과정 역시 연구의 대상 시스템에 포함하였다.
성능/효과
- Fig 4를 보면 알 수 있듯이, 비록 SR공정에서 CO2를 많이 배출하지만, 연료로 사용 시 , 높은 에너지 효율로 수소 사용량이 적고, 주행 시 지구온난화 가스가 나오지 않는 장점으로 인하여, 중앙집중방식 Naphtha SR과 스테이션 방식 NGSR 수소 경로에서는 지구온난화 저감효과가 나타나고 있다. WE 수소 경로는 물 전기 분해 시, 사용되는 전기 사용량에 의하여, 오히려 % 중가 효과가발생되는 것으로 나타났다.
- LCA 결과, 환경성 측면에서는 수소 경로들이 기존 연료보다 지구온난화 영향과 화석 연료 소모, 규제 대상 대기배출물 범주에서 모두 저감효과를 나타내는 것을 확인할 수 았었다. 다만, WE 수소 경로의 경우, 전기의 다량 소모로 인하여 오히려 , 기존 연료보다 환경부하가 중가되는 현상을 보이므로, WE를 사용할 시에는 재생에너지원을 활용하는 방안을 함께 염두해 두어야 할 것이다.
- 다만, WE 수소 경로의 경우, 전기의 다량 소모로 인하여 오히려 , 기존 연료보다 환경부하가 중가되는 현상을 보이므로, WE를 사용할 시에는 재생에너지원을 활용하는 방안을 함께 염두해 두어야 할 것이다. LCCA 분석 결과를 보면, 수소의 경우, 에너지원으로서는 아직 Naphtha SR 수소 경로를 제외하고는 대체에너지로서 가격 경쟁력을 확보하고 있지 못하고 았지만, 수송 연료로서는 스테이션 방식인 NGSR 수소 경로 역시 가격경쟁력을 가지는 것으로 나타나, 수소 인프라 중 가장 마지막 단계인 FCV 가 상용화 되어 FCV 제조 비용이 저감된다면, 수소 경제의 보급확산은 환경적.경제적 개선 효과를 가져다 줄 수 있을 것으로 예상된다.
- WE 수소 경로는 물 전기 분해 시, 사용되는 전기 사용량에 의하여, 오히려 % 중가 효과가발생되는 것으로 나타났다. 그러나 이것온 국내발전량 중 40%에 육박하는 화력 발전으로 인하여 발생하는 CO2에 의한 것으로 전력원 구성을 재생에너지로 전환한다면, WE 수소 경로 역시 CO2 개선 효과가 발생될 것으로 예상된다.
- 각 연료 별, 원료물질들의 소모량이 가장 많이 소모되는 것으로 나타나고 있으며, WE의 경우 앞서 언급한 것과 같이 수소 제조 시 투입되는 에너지 중 화력발전으로 인하여, 석탄 소모량이 가장 많이 나타나는 것을 알 수 있다.
- 먼저, 수소에 연료세를 부과할 경우, Naphtha SR, NGSR 수소 경로는 가솔린 ICEV (M/T, A/T)로 주행하였을 경우보다 연료 비용이 낮게 나타났으며, 연료세를 부과하지 않았을 경우에는 Naphtha SR 수소 경로의 경우, 기존 연료를 포함하더라도 연료 중 가장 연료 비용이 적게 드는 것으로 나타났다.
- 모든 수소 경로가 CO 배출물에서는 저감 효과를 나타내고 있으며, Naphtha SR 수소 경로의 경우, 그 외 모든 대기배출물에서도 기존 연료들보다 저감 효과를 나타내고 었다. NGSR 수소 경로는 CO와 Dust, NOx 부문에서 저감효과를 나타내고 있는 반면, WE 수소 경로는 CO를 제외한 모든 부분에서 기존 연료보다 다량의 대기배출물을 발생하는 것으로 나타나고 었다.
후속연구
- 경제적 개선 효과를 가져다 줄 수 있을 것으로 예상된다. LCA 및 LCCA 와 같은 평가 방법을 사용하여 , 개발되고 있는 많은 대체에너지와 그 기반시설, 경로들을 총체적으로, 전과정적인 관점에서 분석한다면, 효과적인 수소 및 대체에너지 인프라 구축 및 정책 수립을 할 수 있을 것이다.
- LCCA 분석 결과를 보면, 수소의 경우, 에너지원으로서는 아직 Naphtha SR 수소 경로를 제외하고는 대체에너지로서 가격 경쟁력을 확보하고 있지 못하고 았지만, 수송 연료로서는 스테이션 방식인 NGSR 수소 경로 역시 가격경쟁력을 가지는 것으로 나타나, 수소 인프라 중 가장 마지막 단계인 FCV 가 상용화 되어 FCV 제조 비용이 저감된다면, 수소 경제의 보급확산은 환경적.경제적 개선 효과를 가져다 줄 수 있을 것으로 예상된다. LCA 및 LCCA 와 같은 평가 방법을 사용하여 , 개발되고 있는 많은 대체에너지와 그 기반시설, 경로들을 총체적으로, 전과정적인 관점에서 분석한다면, 효과적인 수소 및 대체에너지 인프라 구축 및 정책 수립을 할 수 있을 것이다.
- 나타내는 것을 확인할 수 았었다. 다만, WE 수소 경로의 경우, 전기의 다량 소모로 인하여 오히려 , 기존 연료보다 환경부하가 중가되는 현상을 보이므로, WE를 사용할 시에는 재생에너지원을 활용하는 방안을 함께 염두해 두어야 할 것이다. LCCA 분석 결과를 보면, 수소의 경우, 에너지원으로서는 아직 Naphtha SR 수소 경로를 제외하고는 대체에너지로서 가격 경쟁력을 확보하고 있지 못하고 았지만, 수송 연료로서는 스테이션 방식인 NGSR 수소 경로 역시 가격경쟁력을 가지는 것으로 나타나, 수소 인프라 중 가장 마지막 단계인 FCV 가 상용화 되어 FCV 제조 비용이 저감된다면, 수소 경제의 보급확산은 환경적.
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