환경/에너지 2022년 고효율 수소생산시스템 현황분석

< 목 차 >

1. 개요

2. 산업 및 시장 분석

3. 기술 개발 동향

4. 특허 동향

5. 요소기술 도출

6. 전략제품 기술로드맵

1. 개요 가. 정의 및 필요성 (1) 정의  수소를 기반으로 운영되는 경제체계를 의미하는 ‘수소경제(Hydrogen Economy)’는 한국의 혁신성장의 핵심 분야로 주목받고 있음. 수소충전소, 수소 파이프라인 등 관련 인프라 구축 과정에서 수소 생산을 위한 화학·기계설계 분야와 배관·용기 등의 소재·부품 분야 등 다양한 분야에서 고부가가치 창출이 가능함  수소경제의 수소생산, 저장, 운반은 수소공급 충전설비나 파이프라인을 통해 소비자에게 수소를 제공하는 것을 포함함. 수소 생산 방법에는 부생수소, 천연가스 개질, 물 전기분해(수전해) 방식이 존재함 부생수소를 이용한 수소생산방식은 탄화수소의 개질(Reforming)과정을 거쳐, 수소로 전환 하여 수소를 대량생산하는 방식으로써, 현재 국내에서 많이 사용하며, 경제적인 생산 방법임▪ 탄화수소 중 메탄은 천연가스의 대부분을 이루는 성분이며, 바이오매스 발효에 의해 생성되는 바이오가스의 약 60% 정도를 차지하는 성분임. 메탄을 개질할 경우 비교적 적은양의 이산화탄소 배출로도 수소 생산이 가능함 ▪ 메탄을 개질하는 방식은 메탄을 고온(600~800℃)에서 수증기와 반응하여 수증기를 개질하는 방법으로, 공기에서 산소분리 후 이를 약 400~500℃ 정도에서 메탄과 반응하는 부분산화 방법임 ▪ 수증기 개질 및 부분산화에 의해서 개질된 메탄은 수소와 일산화탄소의 혼합가스인 합성가스로 전환되며, 이 중 일산화탄소에 다시 수증기를 가해 일산화탄소를 다시 수소를 전환하는 수성전환반응이 진행됨. 이 때 생성된 가스는 분리 및 정제하여 고순도의 수소를 생산하게 됨. 현재 메탄 개질은 대부분 수증기개질 방식을 사용하고 있음  화학공정 등에서 부산물로 나오는 부생수소를 회수하여 수소생산이 생산되고 있으며, 파이프라인이나 튜브트레일러에 20㎫(200bar) 정도 압축돼 극히 일부만이 유통되고 있음 ▪ 수소는 단위 부피당 무게가 가벼운 기체이기 때문에 튜브트레일러 1개의 모듈로는 약 200㎏의 수소의 저장·운송만 가능하므로, 운송료 부담으로 인해 실제 수소판매가격이 높아지고 있음. 대부분 부생수소가 나오는 화학단지에 수소를 필요로 하는 산업에서는 필요한 수소를 파이프라인으로 공급받아 사용하나, 이외 지역에서는 튜브트레일러를 통해서 수소를 공급받아 사용할 수밖에 없어 운송료 부담이 큰 편임 ▪ 수소사용을 해결하기 위해 도시가스 배관이 연결된 곳 혹은 바이오가스가 생산되는 곳에 소규모의 개질기를 설치하여 현지에서 직접 수소를 생산하고, 공급하는 온사이트 수소생산 방식이 요구됨  수소는 열화학적 또는 광촉매를 활용하여 혹은 생물학적 기술로 제조할 수 있음 ▪ 수소 생산방법은 태양광을 이용하여 물에서 수소를 얻는 방법인데 이를 위하여 광촉매활용 기술, 열화학적 수소제조, 생물학적 기술로 가장 풍부한 자원인 물과 태양에너지를 이용하여 수소를 생산하는 기술을 확립하기 위해 연구개발이 진행되고 있음