"고압기체보다 운송비 70% 절감"…액화수소, 수소경제 핵심 부상
발행일 : 2021.08.08
25톤급 액화수소 탱크로리 활용 땐
'1회 운송 수소 양' 10배 이상 증가
SK E&S·효성중공업·가스公 등
액화수소 플랜트 사업 투자 활발
수소경제 활성화를 위해 수소 저장 및 운송 기술 확보가 화두로 등장한 가운데 액화수소 방식의 경제성이 월등한 것으로 분석됐다. 액화수소는 기존 고압기체 튜브트레일러 운송과 비교할 때 70% 이상 운송비 절감이 가능한 것으로 나타났다. 25톤급 액화수소 탱크로리를 이용하면 고압가스 튜브트레일러보다 한 번에 운송할 수 있는 양이 약 10배 증가할 것으로 분석된다. 국내 대기업과 기관들은 액화수소 플랜트를 구축하기 위해 속도를 내고 있다. 수소경제를 조기에 구축하기 위해 액화수소 확산을 통한 경제성 확보가 시급하다는 목소리가 나온다.
8일 에너지 업계에 따르면 최근 KTB투자증권은 '그린인프라:저장과 운송은 액화수소로' 보고서를 발표하고 “수소 경제성 확보를 위해 수소 도매가격 40% 이상을 차지하는 운송비 하락이 필요하다”면서 “고압기체 튜브트레일러 대신 액화수소로 운송 시 70% 이상 운송비 절감이 가능하다”고 밝혔다.
보고서는 이어 “국내 기업이 주력하는 대부분 수소 생산 모델은 부생수소 및 추출수소로, 천연가스 가격 하락 없이는 큰 폭 생산단가 하락을 기대하기 어렵다”면서 “수소 사업 경제성 확보를 위해서는 운송비 절감이 필요하며, 이를 위한 가장 빠른 방법은 액화수소”라고 강조했다.
현재 상용급으로 활용 가능한 수소 저장·운송방식은 '고압 기체수소'와 '액화수소'뿐이다. 고압 기체수소는 200바(bar) 이상 고압으로 수소를 저장하는 반면에 액화수소는 기체상태 수소를 영하 253도 극저온 상태로 냉각하는 방식으로 생산한다. 고압 기체수소와 달리 대기압에서 저장이 가능하고, 부피도 800분의 1 수준으로 축소되기 때문에 대용량 저장이 가능하다.
보고서에 따르면 운송방법을 고압 기체 튜브트레일러에서 액화 수소 트럭으로 변경할 때 수소충전소 운송비는 평균 710원으로 70% 이상 비용 절감 효과가 있다. 25톤급 액화수소 탱크로리를 이용하면 고압가스 튜브트레일러에 비해 1회 운송할 수 있는 수소 양은 약 10배 이상 증가한다.
실제로 현재 운영되는 수소충전소에서 운송비가 수익에 결정적으로 영향을 미치고 있다. 수소충전소 수소 판매가격(소매가격)은 수소 매입가격(도매가격)에 판매마진을 붙여 결정된다. 보고서는 수소충전소 평균 수소 매입 가격이 ㎏당 6000~7500원인데 이중 운송비용은 평균 ㎏당 2600원으로 수소 도매가의 약 40%를 차지하고 있다고 설명했다. 반면에 수소판매가격은 ㎏당 7000~8800원 수준으로 수소 매입가격을 제외하고 남는 금액이 kg당 1000원대에 불과하다.
국내 대기업과 주요 기관도 수소경제를 앞당기기 위해 액화수소 사업에 잇따라 뛰어들고 있다. SK E&S, 효성중공업, SK가스, 한국지역난방공사, 한국가스공사 등 기업이 액화수소 플랜트 사업을 벌이고 있다.
SK E&S는 2023년까지 SK인천석유화학단지 내 부지에 수소 액화플랜트를 완공해 연 3만톤 액화수소를 수도권에 공급할 계획이다. 효성중공업은 세계적인 가스·화학회사 린데와 합작해 효성그룹 보유 울산 용연공장 내 부지에 2023년까지 연산 1만3000톤 규모 액화플랜트 건설을 추진하고 있다. 가스공사는 GS칼텍스와 손을 잡고 2024년 액화천연가스(LNG) 냉열을 활용한 액화수소 메가스테이션을 구축할 예정이다.
에너지 업계는 국내에서 수소경제를 앞당기기 위해 액화수소를 활용한 가격 안정화가 필요하다고 강조한다.
에너지 업계 관계자는 “수소산업이 경쟁력을 가지려면 수소 가격 안정화가 1순위 과제로, 액화수소는 수소산업 활성화에 획기적 전환을 이룰 것으로 기대된다”면서 “기업 선제 투자에 정부 차원 다양한 지원책이 뒷받침된다면 경제성도 크게 향상될 것”이라고 밝혔다.
변상근기자 sgbyun@etnews.com
ㅡㅡㅡ
안전성 1만배 높인 '꿈의 원전' SMR…탄소중립 핵심 대안으로
이새봄 기자이종화 기자
입력 2021/06/17
CO2 발생 없는 청정 에너지
美·中·러등 70개 사업 진행중
워런버핏·빌게이츠도 합작
韓도 뒤늦게 개량형모델 추진
주요장비 용기 하나에 담아
연결배관 없애 안전성 높여
모듈화된 부품 조립하면 끝
기존 원전보다 건설비 저렴
◆ SMR로 원전 재도약 ◆
'탈(脫)원전'을 부르짖던 현 정부마저 소형모듈원자로(SMR)에 대해서만큼은 전향적인 입장을 보임에 따라 SMR에 대한 궁금증이 증폭되고 있다. 마이크로소프트 창업자인 빌 게이츠와 워런 버핏 버크셔해서웨이 회장이 폐쇄 석탄공장용지에 소형 원자력발전소를 건설하겠다고 나서는 등 SMR가 전 세계적으로 관심을 끌면서 침체됐던 원자력발전산업에도 훈풍이 불 전망이다. 특히 SMR는 전 세계가 공동으로 추구하는 목표인 '2050 탄소중립'의 해결사로 거론되고 있어 더욱 주목된다. 원자력은 탄소를 전혀 활용하지 않는 에너지원으로 이산화탄소 등 탄소를 배출하지 않기 때문이다.
SMR는 기존 대형 원전의 단점을 줄이고 장점을 극대화한 원자로로 불린다.
SMR는 300메가와트(㎿)이하의 출력을 내는 소형 원전으로, 한국이 개발을 추진하는 혁신형 SMR(iSMR)는 170㎿ 규모다. 가장 최근 건설된 대형 원전인 신고리 4호기 전기 출력이 1400㎿인 것과 비교하면 약 8분의 1에 불과하다.
특히 SMR는 원자로와 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등의 주요 기기가 하나의 원자력 압력용기에 담겨 있는 '일체형'이다. 기존 대형 원전의 경우 이들이 모두 따로 배관으로 연결돼 있는 구조로 만들어져 있기 때문에 사고가 발생하면 연결부위에서 방사능이 유출될 수 있다. 하지만 SMR는 구성 요소들이 하나의 압력용기에 들어가 있어 사고가 발생해도 방사능 유출 위험이 현저히 줄어든다. 기존 원전의 가장 큰 걸림돌인 '안전성 문제'가 해소된 원전인 셈이다. 실제 SMR의 안전성 기준은 10억년에 1회 노심 손상이다. 사고가 일어날 확률이 10억년 중에 한 번이라는 뜻이다. 기존 대형 원전의 노심 손상 확률 기준은 10만년에 1회인데, 이보다 1만배 높인 것이다.
현재 러시아, 미국, 중국 등 여러 국가에서 민간 주도 혹은 민관 협동으로 70여 개의 노형(원자로 형태)이 2020년대 후반 이후 상용화를 목표로 개발 중이다.
이렇게 많은 기업과 국가들이 뛰어드는 이유 중 하나는 SMR의 경제성이다. SMR는 소형 '모듈' 원자로라는 이름에서도 알 수 있듯이 조립방식으로 생산된다. 모듈화된 SMR를 생산하고 이를 원전 현장으로 운송해 설치할 수 있다. 이 때문에 설계가 상대적으로 단순하다. SMR 생산 공정화 효율성을 높일수록 경제성은 더 좋아진다.
현재 SMR를 개발 중인 업체들은 100㎿짜리 모듈 하나당 목표 비용을 약 4000억원으로 정해놓고 있다. 한국을 기준으로 1400㎿ 대형 원전을 짓는 데 들어가는 비용은 약 5조원, 프랑스 원전은 약 10조원에 달한다. 100㎿ 모듈 14개가 있어야 대형 원전의 전기 출력을 낼 수 있기 때문에 100㎿ 모듈을 14개(5조6000억원) 지을 경우 대형 원전을 짓는것과 비용 측면에서 차이가 없다. 그럼에도 불구하고 경제성이 SMR의 가장 큰 강점으로 부각되는 이유는 초기 투자 비용이 저렴하기 때문이다. 임채영 한국원자력연구원 혁신원자력시스템연구소장은 "SMR는 대형 원전처럼 한 번에 큰 비용을 내서 크게 지을 필요가 없기 때문에 특히 민간 기업이 참여할 수 있는 기회가 된다"고 설명했다. 완공까지 최소 4~5년이 걸리는 대형 원전에 비해 완공에 걸리는 시간이 약 2년으로 줄어들기 때문에 이자 비용 등 금융비용도 상당히 절감된다.
심형진 서울대 원자핵공학과 교수는 "SMR는 건설기간 단축으로 건축시간은 줄이고 발전을 통해 수익이 발생하는 시점도 당겨지기 때문에 대출 상환 시점 역시 빨라진다"고 말했다.
한국이 개발을 추진 중인 iSMR는 올해 예비타당성 조사가 통과되면 연구를 시작해 2028년까지 기술 개발을 마치고 2030년 상용화를 목표로 하고 있다. 이미 미국과 일본 등에서 수년 전부터 개발이 시작된 만큼 늦은 감이 있지 않느냐는 우려도 나온다.
하지만 한국은 SMART(스마트)라는 이름의 100㎿급 소형 원자로를 개발해 2012년 세계 최초로 표준설계인가를 획득했기 때문에 관련 시장에서 크게 뒤처지지는 않을 것이라는 게 전문가들의 평가다. 임채영 소장은 "기존 SMART 원자로와 iSMR는 출력과 모델이 다르지만 SAMRT 개발 당시 개발했던 기술의 약 60%는 iSMR에서도 활용할 수 있을 것으로 본다"고 설명했다.
게이츠가 설립한 원전 스타트업 테라파워가 버핏 회장 소유의 전력회사 퍼시피코프와 함께 건설할 계획인 SMR는 '소듐냉각고속로(SFR)' 방식이다. SFR 방식은 고속 중성자를 이용해 핵분열을 한 후 원자로에서 발생하는 열을 기존 원전들처럼 물로 식히는 게 아닌 액체소듐으로 식힌다. 국내에서도 1997년부터 SFR를 연구해 지난해 개발은 사실상 완료된 상태다. 다만 한국의 SFR는 전기 생산용이 아니라 사용 후 핵연료를 태우는 용도로 설계되어 있기 때문에, 이를 전력 생산용으로 바꾸는 연구를 진행 중이다.
초고온가스로(VHTR) 역시 SMR 개발 붐이 일어나면서 주목받는 4세대 원자로로 꼽힌다. 중국은 2018년 VHTR 실증로를 구축하는 등 관련 연구에서 선두를 달리고 있으며, 한국의 경우 일부 핵심 기술에 대한 연구가 진행되어 있는 상태다.
차세대 원전 중 가장 주목받고 있는 원자로는 용융염원자로(MSR)이지만 아직 개발 초기 단계다. 국내에서는 원자력연이 삼성중공업과 선박용 MSR를 공동 개발하기로 최근 합의했다.
[이새봄 기자 / 이종화 기자]
발행일 : 2021.08.08
25톤급 액화수소 탱크로리 활용 땐
'1회 운송 수소 양' 10배 이상 증가
SK E&S·효성중공업·가스公 등
액화수소 플랜트 사업 투자 활발
수소경제 활성화를 위해 수소 저장 및 운송 기술 확보가 화두로 등장한 가운데 액화수소 방식의 경제성이 월등한 것으로 분석됐다. 액화수소는 기존 고압기체 튜브트레일러 운송과 비교할 때 70% 이상 운송비 절감이 가능한 것으로 나타났다. 25톤급 액화수소 탱크로리를 이용하면 고압가스 튜브트레일러보다 한 번에 운송할 수 있는 양이 약 10배 증가할 것으로 분석된다. 국내 대기업과 기관들은 액화수소 플랜트를 구축하기 위해 속도를 내고 있다. 수소경제를 조기에 구축하기 위해 액화수소 확산을 통한 경제성 확보가 시급하다는 목소리가 나온다.
8일 에너지 업계에 따르면 최근 KTB투자증권은 '그린인프라:저장과 운송은 액화수소로' 보고서를 발표하고 “수소 경제성 확보를 위해 수소 도매가격 40% 이상을 차지하는 운송비 하락이 필요하다”면서 “고압기체 튜브트레일러 대신 액화수소로 운송 시 70% 이상 운송비 절감이 가능하다”고 밝혔다.
보고서는 이어 “국내 기업이 주력하는 대부분 수소 생산 모델은 부생수소 및 추출수소로, 천연가스 가격 하락 없이는 큰 폭 생산단가 하락을 기대하기 어렵다”면서 “수소 사업 경제성 확보를 위해서는 운송비 절감이 필요하며, 이를 위한 가장 빠른 방법은 액화수소”라고 강조했다.
현재 상용급으로 활용 가능한 수소 저장·운송방식은 '고압 기체수소'와 '액화수소'뿐이다. 고압 기체수소는 200바(bar) 이상 고압으로 수소를 저장하는 반면에 액화수소는 기체상태 수소를 영하 253도 극저온 상태로 냉각하는 방식으로 생산한다. 고압 기체수소와 달리 대기압에서 저장이 가능하고, 부피도 800분의 1 수준으로 축소되기 때문에 대용량 저장이 가능하다.
보고서에 따르면 운송방법을 고압 기체 튜브트레일러에서 액화 수소 트럭으로 변경할 때 수소충전소 운송비는 평균 710원으로 70% 이상 비용 절감 효과가 있다. 25톤급 액화수소 탱크로리를 이용하면 고압가스 튜브트레일러에 비해 1회 운송할 수 있는 수소 양은 약 10배 이상 증가한다.
실제로 현재 운영되는 수소충전소에서 운송비가 수익에 결정적으로 영향을 미치고 있다. 수소충전소 수소 판매가격(소매가격)은 수소 매입가격(도매가격)에 판매마진을 붙여 결정된다. 보고서는 수소충전소 평균 수소 매입 가격이 ㎏당 6000~7500원인데 이중 운송비용은 평균 ㎏당 2600원으로 수소 도매가의 약 40%를 차지하고 있다고 설명했다. 반면에 수소판매가격은 ㎏당 7000~8800원 수준으로 수소 매입가격을 제외하고 남는 금액이 kg당 1000원대에 불과하다.
국내 대기업과 주요 기관도 수소경제를 앞당기기 위해 액화수소 사업에 잇따라 뛰어들고 있다. SK E&S, 효성중공업, SK가스, 한국지역난방공사, 한국가스공사 등 기업이 액화수소 플랜트 사업을 벌이고 있다.
SK E&S는 2023년까지 SK인천석유화학단지 내 부지에 수소 액화플랜트를 완공해 연 3만톤 액화수소를 수도권에 공급할 계획이다. 효성중공업은 세계적인 가스·화학회사 린데와 합작해 효성그룹 보유 울산 용연공장 내 부지에 2023년까지 연산 1만3000톤 규모 액화플랜트 건설을 추진하고 있다. 가스공사는 GS칼텍스와 손을 잡고 2024년 액화천연가스(LNG) 냉열을 활용한 액화수소 메가스테이션을 구축할 예정이다.
에너지 업계는 국내에서 수소경제를 앞당기기 위해 액화수소를 활용한 가격 안정화가 필요하다고 강조한다.
에너지 업계 관계자는 “수소산업이 경쟁력을 가지려면 수소 가격 안정화가 1순위 과제로, 액화수소는 수소산업 활성화에 획기적 전환을 이룰 것으로 기대된다”면서 “기업 선제 투자에 정부 차원 다양한 지원책이 뒷받침된다면 경제성도 크게 향상될 것”이라고 밝혔다.
변상근기자 sgbyun@etnews.com
ㅡㅡㅡ
안전성 1만배 높인 '꿈의 원전' SMR…탄소중립 핵심 대안으로
이새봄 기자이종화 기자
입력 2021/06/17
CO2 발생 없는 청정 에너지
美·中·러등 70개 사업 진행중
워런버핏·빌게이츠도 합작
韓도 뒤늦게 개량형모델 추진
주요장비 용기 하나에 담아
연결배관 없애 안전성 높여
모듈화된 부품 조립하면 끝
기존 원전보다 건설비 저렴
◆ SMR로 원전 재도약 ◆
'탈(脫)원전'을 부르짖던 현 정부마저 소형모듈원자로(SMR)에 대해서만큼은 전향적인 입장을 보임에 따라 SMR에 대한 궁금증이 증폭되고 있다. 마이크로소프트 창업자인 빌 게이츠와 워런 버핏 버크셔해서웨이 회장이 폐쇄 석탄공장용지에 소형 원자력발전소를 건설하겠다고 나서는 등 SMR가 전 세계적으로 관심을 끌면서 침체됐던 원자력발전산업에도 훈풍이 불 전망이다. 특히 SMR는 전 세계가 공동으로 추구하는 목표인 '2050 탄소중립'의 해결사로 거론되고 있어 더욱 주목된다. 원자력은 탄소를 전혀 활용하지 않는 에너지원으로 이산화탄소 등 탄소를 배출하지 않기 때문이다.
SMR는 기존 대형 원전의 단점을 줄이고 장점을 극대화한 원자로로 불린다.
SMR는 300메가와트(㎿)이하의 출력을 내는 소형 원전으로, 한국이 개발을 추진하는 혁신형 SMR(iSMR)는 170㎿ 규모다. 가장 최근 건설된 대형 원전인 신고리 4호기 전기 출력이 1400㎿인 것과 비교하면 약 8분의 1에 불과하다.
특히 SMR는 원자로와 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등의 주요 기기가 하나의 원자력 압력용기에 담겨 있는 '일체형'이다. 기존 대형 원전의 경우 이들이 모두 따로 배관으로 연결돼 있는 구조로 만들어져 있기 때문에 사고가 발생하면 연결부위에서 방사능이 유출될 수 있다. 하지만 SMR는 구성 요소들이 하나의 압력용기에 들어가 있어 사고가 발생해도 방사능 유출 위험이 현저히 줄어든다. 기존 원전의 가장 큰 걸림돌인 '안전성 문제'가 해소된 원전인 셈이다. 실제 SMR의 안전성 기준은 10억년에 1회 노심 손상이다. 사고가 일어날 확률이 10억년 중에 한 번이라는 뜻이다. 기존 대형 원전의 노심 손상 확률 기준은 10만년에 1회인데, 이보다 1만배 높인 것이다.
현재 러시아, 미국, 중국 등 여러 국가에서 민간 주도 혹은 민관 협동으로 70여 개의 노형(원자로 형태)이 2020년대 후반 이후 상용화를 목표로 개발 중이다.
이렇게 많은 기업과 국가들이 뛰어드는 이유 중 하나는 SMR의 경제성이다. SMR는 소형 '모듈' 원자로라는 이름에서도 알 수 있듯이 조립방식으로 생산된다. 모듈화된 SMR를 생산하고 이를 원전 현장으로 운송해 설치할 수 있다. 이 때문에 설계가 상대적으로 단순하다. SMR 생산 공정화 효율성을 높일수록 경제성은 더 좋아진다.
현재 SMR를 개발 중인 업체들은 100㎿짜리 모듈 하나당 목표 비용을 약 4000억원으로 정해놓고 있다. 한국을 기준으로 1400㎿ 대형 원전을 짓는 데 들어가는 비용은 약 5조원, 프랑스 원전은 약 10조원에 달한다. 100㎿ 모듈 14개가 있어야 대형 원전의 전기 출력을 낼 수 있기 때문에 100㎿ 모듈을 14개(5조6000억원) 지을 경우 대형 원전을 짓는것과 비용 측면에서 차이가 없다. 그럼에도 불구하고 경제성이 SMR의 가장 큰 강점으로 부각되는 이유는 초기 투자 비용이 저렴하기 때문이다. 임채영 한국원자력연구원 혁신원자력시스템연구소장은 "SMR는 대형 원전처럼 한 번에 큰 비용을 내서 크게 지을 필요가 없기 때문에 특히 민간 기업이 참여할 수 있는 기회가 된다"고 설명했다. 완공까지 최소 4~5년이 걸리는 대형 원전에 비해 완공에 걸리는 시간이 약 2년으로 줄어들기 때문에 이자 비용 등 금융비용도 상당히 절감된다.
심형진 서울대 원자핵공학과 교수는 "SMR는 건설기간 단축으로 건축시간은 줄이고 발전을 통해 수익이 발생하는 시점도 당겨지기 때문에 대출 상환 시점 역시 빨라진다"고 말했다.
한국이 개발을 추진 중인 iSMR는 올해 예비타당성 조사가 통과되면 연구를 시작해 2028년까지 기술 개발을 마치고 2030년 상용화를 목표로 하고 있다. 이미 미국과 일본 등에서 수년 전부터 개발이 시작된 만큼 늦은 감이 있지 않느냐는 우려도 나온다.
하지만 한국은 SMART(스마트)라는 이름의 100㎿급 소형 원자로를 개발해 2012년 세계 최초로 표준설계인가를 획득했기 때문에 관련 시장에서 크게 뒤처지지는 않을 것이라는 게 전문가들의 평가다. 임채영 소장은 "기존 SMART 원자로와 iSMR는 출력과 모델이 다르지만 SAMRT 개발 당시 개발했던 기술의 약 60%는 iSMR에서도 활용할 수 있을 것으로 본다"고 설명했다.
게이츠가 설립한 원전 스타트업 테라파워가 버핏 회장 소유의 전력회사 퍼시피코프와 함께 건설할 계획인 SMR는 '소듐냉각고속로(SFR)' 방식이다. SFR 방식은 고속 중성자를 이용해 핵분열을 한 후 원자로에서 발생하는 열을 기존 원전들처럼 물로 식히는 게 아닌 액체소듐으로 식힌다. 국내에서도 1997년부터 SFR를 연구해 지난해 개발은 사실상 완료된 상태다. 다만 한국의 SFR는 전기 생산용이 아니라 사용 후 핵연료를 태우는 용도로 설계되어 있기 때문에, 이를 전력 생산용으로 바꾸는 연구를 진행 중이다.
초고온가스로(VHTR) 역시 SMR 개발 붐이 일어나면서 주목받는 4세대 원자로로 꼽힌다. 중국은 2018년 VHTR 실증로를 구축하는 등 관련 연구에서 선두를 달리고 있으며, 한국의 경우 일부 핵심 기술에 대한 연구가 진행되어 있는 상태다.
차세대 원전 중 가장 주목받고 있는 원자로는 용융염원자로(MSR)이지만 아직 개발 초기 단계다. 국내에서는 원자력연이 삼성중공업과 선박용 MSR를 공동 개발하기로 최근 합의했다.
[이새봄 기자 / 이종화 기자]