시간당 3톤 쏟아지는 수소, 50KW 전기로...친환경 'K발전' 뜬다

[수소엑스포 2020-그린수소 게임체인저③]한화토탈 부생수소에서 미래 가능성 본 한화

지난 12일 충남 서산시 대죽리 대산산업단지. 이곳에서 태안반도 가로림만을 왼편에 끼고 10분 간 차를 달리자 쇼핑몰 옥외주차장 같은 형형색색의 철골구조물이 눈에 들어왔다. 얼핏 봐선 무려 20만 가구에서 쓸 수 있는 전기를 생산하는 '세계 최대' 부생수소 연료전지 발전소라는 감이 오지 않았다. 생긴 모양 그대로 옥외주차장 같았다.

하지만 자세히 들여다보면 '발전소'라는 통념에선 벗어났지만 엄연히 '대산그린에너지'의 수소 연료전지 114개가 총집결해 있는 발전소가 맞았다. 수소 연료전지 가까이 가보니 옆 사람과 대화가 힘들 정도는 아니지만 분명히 "위잉~위잉" 연료전지가 소리를 내며 돌아가고 있었다.

대산그린에너지 사업관리팀 오기환 팀장은 이곳 수소 연료전지들을 가리키며 "정격 출력을 무리 없이 뽑아낼 수 있는지 막바지 테스트를 하고 있다"며 "6월 1일부터 본격 상업 가동에 들어간다"고 말했다.

시작부터 끝까지 '청정'

대산그린에너지의 수소 연료전지 발전소는 "작지만 강하다"는 말 그 자체다. 충남지역 20만 가구가 사용할 수 있는 50MW(메가와트)의 전기를 고작 2만㎡(6000평) 부지에서 만든다. 같은 용량의 전기를 태양광 발전으로 얻으려면 무려 30배가 넘는 부지가 필요하다. ㈜두산의 연료전지 자회사 '두산퓨얼셀'이 제작한 440KW(킬로와트)급 수소 연료전지 114개가 이런 고효율 전력을 만드는 것이다.

더욱이 이 발전소의 동력원은 다름 아닌 '수소'다. 수소를 어디서, 어떻게 공급받느냐는 질문에 오 팀장은 발전소 맞은편 한화토탈 대산석유화학단지를 가리켰다.

이 석유화학단지의 '아로마틱'(벤젠, 톨루엔, 자일렌처럼 6각 고리형 분자구조를 가진 탄화수소 화합물) 공정에선 자연적으로 부생 수소가 시간 당 3톤씩 쏟아지는데 이 수소가 지하 배관을 타고 대산그린에너지의 수소 연료전지로 공급되는 방식이다. 수소 연료전지는 이렇게 공급받은 수소에서 산소와 전기화학반응을 통해 전기를 생산한다.

이런 발전 과정은 모두 '친환경'으로 이뤄진다. 미세먼지나 질소산화물, 황산화물 배출이 '제로'인데다 공급받는 수소도 석유화학 공정 부산물이므로 시작부터 끝까지 '그린수소' 발전을 구현한다.


수소 연료전지는 공기정화 효과도 뛰어나다. 대산그린에너지에 설치된 연료전지는 발전에 필요한 공기를 끌어모으는 단계에서 발전소 내부에 설치된 필터를 통해 공기를 걸러낸다. 이 필터는 지름 2.5마이크로미터(㎛. 100만분의1 미터) 이하 크기의 초미세먼지를 잡아낼 정도로 여과력이 촘촘하다. 대산그린에너지는 성인 35만명의 호흡량에 맞먹는 공기를 정화할 수 있다.

화력발전소를 압도하는 가동 안전성도 눈에 띈다. 1년 365일 멈추지 않고 얼마든지 발전소를 돌릴 수 있다. 오 팀장은 "석탄과 LNG 발전소는 일종의 심장인 터빈이 멈추면 발전소가 멈춰서고, 재가동에도 엄청난 시간과 비용이 든다"며 "하지만 대산그린에너지의 수소 연료전지는 10~20개에 문제가 생겨도 나머지 전지들이 무리 없이 발전을 계속할 수 있다"고 밝혔다.

'부생수소' 생태계로 얻은 '세계최초' 타이틀

한화에너지는 이 같은 부생수소 발전의 가능성에 일찌감치 눈 떴다. 결정적으로 한화토탈이 아로마틱 설비를 증설한 2016년에 엄청난 부생수소가 나온다는 것을 알게 됐고, 이를 수소 연료전지에 활용한 발전소 사업을 추진했다. 미국 같은 에너지 강국도 그냥 하늘로 날려버리거나 연료에 섞어 태우던 수소였다. 대산그린에너지의 이 수소 연료전지 발전소에 '세계 최초'와 동시에 '세계 최대'라는 수식어가 붙는 이유다.

이 발전소는 두산퓨얼셀의 역할도 크다. 2014년 미국 연료전지 업체를 인수한 두산은 연료전지 기술을 다양한 국내 업체에 전수했고, 수소 연료전지 발전소 국산화율을 98%로 끌어올렸다. 이제 두산퓨얼셀은 강소기업 데스틴파워와 개발한 연료전지용 ESM(전기제어시스템)을 '원조'격인 미국에 역수출하는 수준에 이르렀다.

대산그린에너지의 지분 구조가 한화에너지(49%), 한국동서발전(35%), ㈜두산 (10%)으로 나뉘는 것도 '환상 구조'라는 평이다. 한화에너지는 발전소 연료전지의 운전과 정비를 맡고, ㈜두산은 연료전지를 공급하는 한편, 한국동서발전은 여기서 생산한 전력을 매입한다.

부생수소 발전, 대산 넘어 세계로...

이곳의 부생수소 발전소 모델은 해외시장 진출 가능성도 높다. 중국, 인도, 미국 같은 에너지 강국들은 부생수소 연료전지 발전소에 큰 관심을 보이고 있지만 아직 1MW 이하 소형 발전소를 검증하는 수준이다.

특히 중국은 이 사업의 가능성이 무궁무진하다는 중론이다. 단적으로 2010년 내몽고의 석탄분해설비(CTO:Coal to Olefin)를 대규모로 증설했는데, 이 과정에서 막대한 부생수소가 발생하는 것을 알게 됐다. 업계 관계자는 "내몽고 지역 석유화학단지에서 발생한 수소는 모두 버린다"며 "앞으로 이곳이 부생수소 발전소 사업 1호 기지가 될 수 있다"고 말했다.

이 같은 해외 진출을 한국형 부생수소 발전소 모델을 좀 더 튼튼히 해야 한다는 목소리도 들린다. 대산산업단지 외에도 울산이나 여수 같은 대규모 석유화학 단지에 제2, 제3의 수소 연료전지 발전소를 만드는 것이다. 특히 이들 단지에서는 GS칼텍스와 LG화학, 에쓰오일 등이 조단위 투자를 통해 설비 증설을 추진하고 있어 부생수소 수급에 어려움이 없을 전망이다. 당장 여수에서는 빠르면 2년 안에 상당량의 부생수소가 발생할 전망이다.

오 팀장은 "아직 수소 수송을 위한 인프라가 부족해 사실상 수소경제를 리드할 수 있는 사업이 수소 연료전지 발전소"라며 "이 사업의 기초를 탄탄히 하면 수소경제 전반에 활력소가 될 수 있다"고 말했다.