기술 ‘스티로폼, 수소운반체 되다’ UNIST, 신개념 LOHC 개발

‘스티로폼, 수소운반체 되다’ UNIST, 신개념 LOHC 개발   스티로폼 주원료 폴리스타이렌 특성 활용열분해로 얻은 저분자 물질로 수소 저장·분리폐자원 활용하면 경제성 높일 수 있어   폴리스타이렌 에너지원 활용 여부에 따른 시나리오별 공정흐름도. 시나리오2의 경우 열분해 찌꺼기를 다시 태우는 방식으로 에너지 투입을 최소화할 수 있다.(그림=UNIST)   현재 주로 사용되는 수소 저장·운송 방식은 기체수소를 200~700bar의 고압으로 압축하는 것이다. 그러나 에너지밀도가 낮아 수소전기차 등 적은 양을 싣고 중·단거리를 오갈 때는 문제가 없지만 대형선박, 탱크로리 등으로 많은 양을 싣고 장거리를 오갈 때는 효율이 매우 낮아 상업성이 떨어진다. 그래서 나온 대안이 바로 ‘액상유기수소운반체(LOHC)’다. LOHC는 유기화합물을 수소 저장, 운송, 방출을 위한 매개 물질을 활용해 대용량의 수소를 이송하는 기술이다. 경유, 휘발유 등과 성질이 비슷해 기존의 석유화학 시설 인프라를 그대로 활용할 수 있는 이점이 있고, 암모니아를 이용한 액체 기반 수송과 달리 수소의 저장과 추출 사이클을 반복할 수 있어 비용절감 효과가 있다. 다만 수소추출 공정 중 소량 발생하는 부분탈수소화물질(부산물)이 저장-추출 사이클의 반복 과정에서 누적되어 수소 저장량을 감소시키고 전체 공정의 효율을 떨어뜨린다. 또 고온에서 진행되는 수소추출 공정에서 촉매의 안정성이 낮아져 수소생산 속도가 떨어지는 문제가 있다. 업계는 LOHC를 상용화하는 데 박차를 가하고 있다. 이런 가운데 울산과학기술원(이하 UNIST)이 최근 배달음식 포장용기 등에 사용되는 유기화합물을 LOHC로 만드는 기술을 개발했다.폐폴리스타이렌 특성 활용 UNIST의 에너지화학공학과 안광진 교수팀은 한국과학기술연구원(KIST) 손현태 박사, 포항공과대학교(POSTECH) 한지훈 교수팀과 폐폴리스타이렌을 열분해해 LOHC로 전환하고 저장된 수소를 고순도로 회수하는 시스템을 개발했다. 폴리스타이렌은 에틸렌의 수소 하나가 벤전고리로 치환된 형태의 화합물인 스티렌을 주원료로 하는 열가소성 플라스틱이다. 우수한 단열성, 절연성, 투명성, 성형 용이성 등으로 인해 스티로폼, 생활용품, 포장재, 전자제품 케이스 등에 널리 활용되고 있다. 폴리스타이렌은 방향족 고리가 중량의 74%를 차지하고 있어 열분해하면 스타리엔, 톨루엔 등 방향족 화합물을 높은 수율로 얻을 수 있다. 이를 활용하면 기존 LOHC보다 경제성과 효율성이 높은 신개념 LOHC를 만들 수 있을 것으로 보고 연구팀은 이번 연구를 수행했다. LOHC는 방향족 화합물을 사용해 수소를 저장하고 운반하는 기술로, 수소가 방향족 화합물의 반복적인 수소화·탈수소화 과정을 통해 저장되고 방출된다. 다만 합성 과정이 복잡해 수율이 높지 않은 데다 반응 중 분해가 되는 경우가 있다. 연구팀은 폴리스타이렌을 열분해해 얻은 방향족 고리 물질들을 고온에서 수소 기체와 반응시켜 수소를 저장하고 탈수소화 반응으로 수소를 다시 분리하는 방식으로 신개념 LOHC를 개발했다. 수소를 저장할 땐 루테늄 촉매를, 방출할 땐 백금 촉매를 사용했다. 이 과정에서 연구팀은 백금 촉매가 뿌려진 금속 산화물 지지체의 구조에 따라 수소 방출 효율이 크게 달라지는 것을 확인하고 여러 금속 산화물 지지체를 분석, 나노시트 형태 알루미늄 산화물을 사용했다. 이와 함께 촉매 표면에 침전물이 쌓이는 문제를 해결하고자 불순물을 사전에 걸러내 촉매 수명을 늘리는 방식인 분별증류 공정을 활용했다. 이를 바탕으로 공정 효율과 경제성을 분석한 결과, 열분해에 필요한 열을 외부에서 공급하는 대신 공정 중 발생하는 폐자원을 연소해 자체 열원으로 활용하면 에너지 소비를 줄이고 폐폴리스타이렌 처리량을 늘릴 수 있으며 공정비용을 낮출 수 있을 것으로 나타났다. 연구팀은 이번 연구가 향후 다양한 플라스틱 폐기물로 대상 범위를 확장하거나 촉매 수명을 더욱 연장시켜 LOHC 기반 수소 공급망 구축에 기여할 것으로 기대했다.

월간수소경제 2025.08.07

정책 수소건설기계 보급, 충전 인프라에 달렸다

수소건설기계 보급, 충전 인프라에 달렸다 건설기계연구원, 전북 군산서 기업 간담회 열어“대용량 충전소 부족···이동식·실내형도 도입해야”고체수소·액화수소 저장용기 도입 필요   인천남동농협에서 운영 중인 수소충전소와 수소지게차. 산업통상자원부는 지난 5월부터 ‘고압가스 안전관리법 시행규칙 개정령’을 시행하고 있다. 개정령의 주요 내용을 보면, 먼저 ‘수소연료 충전시설’이라는 용어를 신설했다. 수소연료 충전시설은 수소를 연료로 사용하는 차량, 선박 등 이동수단에 수소를 충전하기 위한 시설이다. 또 기존 ‘고압가스자동차 충전’과 ‘수소자동차 충전’이라는 용어는 ‘수소연료 충전’으로, ‘자동차’와 ‘수소자동차’라는 용어는 ‘이동수단’으로 변경됐다. 이는 수소충전소 충전대상을 기존 수소자동차에서 지게차, 굴착기, 트램 등 수소연료전지를 동력원으로 하는 모든 이동수단으로 확대하기 위함이다. 이와 함께 지게차·드론용 연료전지 개발 속도를 높일 수 있도록 내진동 성능평가와 낙하 성능평가 기준을 완화하고, 무공해 건설기계 보조금 지원을 위한 인증서 유형을 확대했다. 지난 6월엔 한국가스안전공사가 ‘이동형 연료전지(건설기계용) 제조의 시설·기술·검사 기준(KGS AH374)’을 제정했다. 전문가들은 이로써 건설기계에 연료전지를 탑재하는 일에 대한 제약이 대부분 해소됐다고 평가한다. 이밖에도 굴착기용 연료전지·이차전지 하이브리드 시스템의 성능평가 방법 개발, 무공해건설기계 구매보조금 지급 등 수소건설기계 보급을 촉진하기 위한 다양한 정책이 마련됐다. 그러나 업계는 수소건설기계를 보급하기엔 여전히 제약이 많다고 볼멘소리를 한다. 특히 충전 인프라가 부족해 시장이 만들어지지 않는다며 빠른 개선을 요구하고 있다.충전 인프라 개선 시급 김희수 한국건설기계연구원 친환경동력연구실장이 ‘제1회 전북도·군산시 수소건설기계 기업 간담회’에서 주제 발표를 하고 있다. 한국건설기계연구원은 지난 5일 전북 군산 새만금국가산업단지에 있는 한 호텔에서 ‘제1회 전북도·군산시 수소건설기계 기업 간담회’를 열고 업계의 목소리를 경청했다. 이날 간담회에 참석한 수소건설기계 업계 관계자들은 충전 인프라 개선이 제때 이뤄지지 않아 시장 형성이 늦어지고 있다고 지적했다. 먼저 수소건설기계를 제조하는 업체의 한 관계자는 수소건설기계가 승용차보다 훨씬 많은 양의 수소를 쓰는 만큼 대용량 수소충전소를 늘려야 한다고 촉구했다. 이 관계자는 “굴착기, 휠로더 등은 기본적으로 200L 이상의 저장용기를 탑재한다. 그런데 현재 운영되는 대부분의 충전소는 승용차를 대상으로 하기 때문에 한 번 충전하면 고압의 수소가 만들어질 때까지 1시간 정도 기다려야 한다”라며 “근무 시간 동안 차량을 100% 활용해야 하는 건설업 입장에선 엄청난 손해다. 건설기계를 포함한 수소상용차가 활성화될 수 있도록 대용량 충전소가 늘어나야 한다”고 강조했다. 수소건설기계 관련 기술을 개발하는 업체에선 이동식 충전소와 실내 충전소를 적극적으로 활용해 작업장에서 충전에 대한 불편함이 없도록 해야 한다고 주장했다. 이 업체의 관계자는 “작업장이 도심이면 그나마 낫지만 외곽이면 매우 불편하다. 또 물류창고 등 작업장 안에 충전소를 구축할 수 없어 수소가 떨어지면 작업장 외부 충전소로 이동해 수소를 넣고 복귀해야 하는 불편함이 있다”고 했다. 이어 “충전에 대한 불편함을 해소하기 위해선 이동식 충전소와 실내 충전소를 상용화해야 한다. 이동식 충전소의 경우 여러 곳으로 옮겨 다니지 말고 레미콘 업체, 택배회사 등 한곳에 머무르며 운영해야 충전에 대한 불편을 해소할 수 있다”고 덧붙였다. 이같은 의견에 김희수 한국건설기계연구원 친환경동력연구실장은 “현재 운영 중인 이동식 충전소는 위급 상황이 발생했을 때 사용하고자 개발했다. 이를 상업용으로 활용하기 위해선 저장용기의 압력을 최대한 높여 전기를 끌어오지 않아야 하는데 제도적 측면과 기술적 어려움으로 인해 쉽지 않다”고 답했다.저장용기 다변화도 필요 건설기계 품질을 시험하는 업체의 대표는 “디젤엔진이 탑재된 건설기계는 2~3일은 작동하지만 배터리가 탑재된 건설기계는 충전시간 때문에 2~3대를 구매해야 한다. 이런 이유로 수소건설기계 구매를 검토하고 있으나 전기건설기계보다 더 오래 작동할 수 있을지 의문”이라며 우려를 나타냈다. 황상문 단국대학교 연구교수는 “보통 연료전지 지게차의 동력시스템은 KGS AH372 코드에 따라 직육면체 케이스 안에 배터리를 제외하고 연료전지, 저장용기 등이 들어간 구조로 만든다. 이로 인해 수소저장용량이 적어 운전시간이 다소 짧다”라며 “이 때문에 저장합금 기반 고체수소 저장용기, 액화수소 저장용기 등 다양한 용기가 개발되고 있다. 이를 통해 기준이 만들어져 상용화되면 지금보다 더 오래 운전할 수 있을 것으로 전망된다”고 답했다. 수소엔진 관련 기술을 개발하는 업체의 대표는 액화수소 카트리지 도입을 제안했다. 그는 “액화수소 카트리지는 모빌리티 쪽에 상당한 의미가 있을 것으로 보인다. 많은 비용을 들여 충전소를 구축하는 것보다 편의성, 안전성이 좋은 액화수소 카트리지를 활용하면 새로운 전기를 맞을 수 있다”고 했다. 김희수 실장은 “연료전지와 수소엔진은 발전기다. 발전기는 연료가 많을수록 오래 돌릴 수 있다. 액화수소는 체적과 에너지밀도가 상당히 높은 만큼 모빌리티 등에 적합하다고 생각한다. 다만 아직 안전성을 보장할 수 없는 데다 BOG(Boil-Off Gas, 증발가스) 문제를 해결하기가 쉽지 않아 상용화까지 긴 시간이 걸릴 것으로 본다”고 답했다. 한국건설기계연구원 종합시험센터에서 평가를 받고 있는 수소지게차. 정부·지자체의 적극적 도움 필요 한 전문가는 충전 기술 개발 속도를 높이고 수소건설기계 시장이 형성되기 위해선 정부와 지자체의 도움이 필요하다고 지적했다. 이 전문가는 “현재 충전 기술 수준은 모빌리티 기술 수준보다 다소 낮다. 정부는 적극적인 지원으로 충전 기술 개발을 촉진해 균형을 맞춰야 한다. 그래야 기업들이 적극적으로 수소건설기계를 상용화할 것”이라며 “지자체가 기업과 협업해서 특화사업을 추진하면 규제 해소와 시장 형성이 이뤄질 것이다. 예를 들어 전북도와 군산시를 수소건설기계 보급 거점으로 만들면 서로 도움이 될 것”이라고 제언했다. 그 일환으로 한국건설기계연구원은 지난해 4월부터 전북 군산에 있는 시험평가인증센터에 ‘건설기계용 수소 기반 파워트레인 신뢰성평가 기반 구축사업’을 수행하고 있다. 이 사업은 건설기계용 연료전지와 수소엔진의 신뢰성 평가를 지원하는 인프라를 구축하는 것이다. 규모는 500㎡이며 연료전지 평가장비 4종, 수소엔진 평가장비 1종, 수소·공기 저장 및 공급 장비 1종 등을 갖출 예정이다. 사업비는 정부출연금 100억 원, 도비 25억 원, 시비 25억 원 등을 포함해 총 160억 원이며 수행기간은 오는 2028년까지다. 한국건설기계연구원은 해당 인프라를 통해 건설기계의 가혹한 작업 환경 조건 및 작업 모드에 따른 연료전지와 수소엔진의 성능과 신뢰성 평가를 지원할 예정이다.    

월간수소경제 2025.08.07

산업 LG화학, 친환경 HVO 공장 ‘첫삽’…2027년까지 연간 30만톤 생산

국내 최초 식물성 원료 기반 친환경 바이오오일 공장 착공석유계 원료 대체…지속가능항공유(SAF), 친환경 플라스틱 원료 생산“친환경 바이오 원료 시장 경쟁력 강화해 글로벌 입지 확고히 할 것” [에너지신문] LG화학이 식물성 원료 기반의 친환경 바이오 오일 공장 건설에 나섰다. LG화학의 자회사 엘지에니바이오리파이닝은 충남 서산시에서 HVO(Hydrotreated Vegetable Oil)공장 착공에 들어갔다고 4일 밝혔다. 이번 공장은 국내 최초의 HVO 공장으로 2027년까지 연간 30만톤 생산 규모로 건설된다. 전경.▲ 충남 서산시 LG화학 HVO 공장 건설현장 전경.  HVO는 폐식용유 등 재생 가능한 식물성 오일에 수소를 첨가해 만든 친환경 제품이다. 온실가스 배출 저감 효과가 크고 저온에서도 얼지 않는 특성으로 지속가능항공유(SAF), 바이오 디젤, 바이오 납사(Naphtha) 등 다양한 용도로 활용할 수 있다. 이중 지속가능항공유(SAF)는 항공기 연료로 사용되고 바이오 납사는 석유화학의 쌀이라 불리는 에틸렌의 주원료로 사용된다. LG화학은 바이오 납사 투입을 통해 가전·자동차용 ABS(고부가합성수지), 스포츠용품용 EVA(고탄성수지), 위생용품용 SAP(고흡수성수지)와 같은 글로벌 친환경 인증(ISCC PLUS)을 획득한 BCB(Bio Circular Balanced) 제품 비중을 확대할 계획이다. 앞서, LG화학은 2024년 12월 이탈리아 에너지 기업 에니(Eni)의 자회사 에니라이브(Enilive)와 합작법인인 엘지에니바이오리파이닝을 설립했다. 에니는 유럽 최대 종합 에너지 기업 중 하나로 이탈리아 내 200만톤 규모의 HVO시설을 운영해 대규모 생산공정 운영 경험과 고도화된 친환경 정제 기술을 보유하고 있으며 유럽, 아프리카, 아시아 등 다양한 글로벌 친환경 원재료 공급망을 보유하고 있다. 스테파노 발리스타(Stefano Ballista) 에니라이브 CEO는 “이번 착공은 에니라이브의 지속가능한 제품 확대 전략을 실현하는 동시에, 친환경 연료 생산 분야에서의 확고한 리더십을 확인하는 계기가 될 것”이라 말했다. 신학철 LG화학 부회장은 “LG화학은 사업 포트폴리오를 저탄소 기반으로 전환하며 지속가능한 성장과 수익성 확보를 동시에 추진하고 있다”며 “HVO와 같은 친환경 연료 및 바이오 원료 분야에서 기술 혁신과 상용화를 지속해 글로벌 경쟁력을 강화하고, 고객의 수요에 적시에 대응해 나갈 것”이라고 말했다.

에너지신문 2025.08.04

산업 각국 재생에너지 목표치, COP28 이후 2% 증가…2030년까지 3.7TW 부족

전 세계 재생에너지 설비 용량, 국가별 목표치의 합계 (GW) / 엠버2023년 COP28에서 합의된 글로벌 재생에너지 3배 확대 목표가 벌써부터 달성이 어려울 것으로 보인다는 분석이 나왔다.31일(현지시각) 기후 싱크탱크 엠버(Ember)가 발표한 보고서에 따르면, 현재 전 세계 국가들이 설정한 2030년 재생에너지 목표를 모두 합치면, COP28 당시보다 2% 높다. 이 기준에 따르면, 2022년 3.4테라와트(TW)였던 전 세계 재생에너지 발전용량은 2030년까지 7.4TW에 이를 것으로 추산된다. 하지만 이는 3배 확대 목표치인 11TW에 비해 3.7TW가 부족한 수준이다. COP28에서 재생에너지 3배 확대 합의했지만…현재 목표로는 2배엠버의 글로벌 전력 분석가 카티에 알티에리(Katye Altieri)는 블룸버그에 “COP에서 도출된 고위급 합의가 실제 각국의 전력 계획에는 반영되지 못하고 있다”며 “국가별 목표는 시장에 정책 신호를 보내는 역할을 하는데, 각국이 이 기능을 간과하고 있다”고 지적했다.EU를 제외한 국가 중 2030년 국가 재생에너지 목표를 갱신한 국가는 7개국에 불과했다. 전체적으로는 22개국이 목표를 조정했으며, 이 중 16개국은 목표를 상향했고 6개국은 오히려 낮췄다.EU 내에서는 15개국이 지난해 ‘국가 에너지·기후 계획(NECP)’ 확정 과정에서 목표를 수정하며 41GW가 추가됐다. 프랑스와 스페인은 2023년보다 각각 5GW, 19GW를 추가로 설정한 반면, 독일과 이탈리아는 기존 목표를 그대로 유지했다.EU 외 국가에서는 7개국만이 목표를 수정했다. EU 외 지역에서 목표를 상향한 국가는 호주, 브라질, 한국, 영국, 베트남 등 5개국에 그쳤으며, 인도네시아와 멕시코는 목표를 하향 조정했다. 대부분의 조정은 COP28 합의에 대한 직접적인 대응이라기보다, 정례적인 계획 수립 절차에 따라 이뤄졌다. 구호만 외치는 국제사회…COP30 의제로 ‘이행 격차’ 부상 세계 상위 20개 전력 생산국 중 9개국은 아직 2030년 재생에너지 목표를 갱신하지 않았다. 올해 안에 목표를 발표할 것으로 예상되는 국가는 중국과 남아프리카공화국뿐이다. 반면, 캐나다, 러시아, 튀르키예, 미국 등은 올해 안에 새로운 목표를 제시할 가능성이 작은 것으로 보인다.그나마 긍정적인 사례로는 인도가 있다. 인도는 목표를 상향하지는 않았지만, 2030년까지 500GW의 화석연료 비사용 발전용량 확보라는 기존 목표가 글로벌 3배 확대 목표와 부합하는 것으로 분석됐다. 사우디아라비아 또한 자국 몫의 재생에너지 목표 달성이 가능할 것으로 평가됐다.그동안 COP에서는 새로운 공약이 잇따랐지만, 정작 실제 정책으로 이행되지 않는다는 비판이 제기돼 왔다. 오는 11월 브라질 벨렝(Belem)에서 열리는 COP30에서는 새로운 합의가 아닌 구체적 이행 방안에 중점에 둘 것으로 보인다.유엔은 COP30 이전 각국의 국가온실가스감축목표(NDC) 이행 수준을 종합한 보고서를 공개할 예정이다. 안드레 코레아 두 라고 의장은 지난 3월 COP30에 참여하는 국가들에 보낸 첫 공식 서한에서 "협상을 넘어 실질적인 이행으로 전환돼야 한다"고 강조한 바 있다.

임팩트온 2025.08.03