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수송에너지 분야는 현재 휘발유와 경유를 연료로 하는 내연기관 자동차와 연료 공급 인프라(주유소)의 조합으로 이루 어져 있다. 그러나 휘발유 및 경유 자동차 시스템은 연소과정에서 이산화탄소 등의 온실가스와 SOx, NOx 등의 대기오염 물질을 배출하기 때문에 환경오염의 주범으로 인식되어 왔다. 이에 내연기관과 주유소에 대한 대안으로 그동안 수소연료전지 자동차와 수소 공급 인프라(수소충전소)의 조합으로 구성되는 수소연료전지 시스템에 대한 연구가 전 세계적으로 진행되었으며, 2000년대 들어 우리나라에서도 관심이 확대되었다. 국내에서는 정부의 적극적인 관심 속에 2003년 9월 고효율수소에너지 제조·저장·이용 기술개발사업단이 발족한 이후, 2003년에는 수소연료전지 사업단이, 2005년에는 미래자동차 사업단이 각각 발족해 수소에너지 분야에 대한 활발한 연구활동의 장이 마련되었다. |
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이와 관련하여 KIER에서도 수소연료전지와 수소충전소에 대한 연구가 각각 진행되어 왔으며, 이 중 수소충전소 구축프로젝트는 과학기술부 21세기 프런티어사업인 고효율 수소에너지 제조·저장·이용 기술개발사업단의 1단계 사업으로 2003년 10월에 착수되었다. 1단계 사업에서는 실증용 수소충전 인프라의 조기 구축을 위하여 수소 제조 및 압축·저장·충전 설비를 포함하는 수소충전소 시스템의 설계와 건설이 수행되었다. 수소스테이션 인프라 구축을 위한 부지는 KIER 내에 확보되었으며, 가로 20m, 세로 15m의 부지를 이용했다. 주요 유틸리티로 수소 제조를 위한 천연가스 수증기 개질 반응 원료로 사용되는 순수제조장치 및 도시가스 공급 배관과 함께 압축기의 사용을 위한 220V 3상 전원을 설치했다. 천연가스 개질형 수소스테이션은 수소제조장치 1세트, 수소 압축기 1세트, 저장용기 1세트, 수소충전기(디스펜서) 1세트, 순위제어 패널(Priority sequencing panel) 1세트로 구성했다. 특히 수소충전소 구축과 더불어 수소충전소에 공급되어야 할 고효율 수소 제조를 위한 천연가스 수증기 개질(reforming) 반응기의 개발이 추진되었다. 연구 과정에서 개발된 리포머(reformer) 시스템 기술은 천연가스에 포함된 황성분을 제거하는 탈황기술과 천연가스와 물로부터 촉매반응을 유도하여 수소를 추출하는 천연가스 수증기 개질 기술등 다양한 단위 공정이 복합 되어있는 핵심기술이었다. 리포머 시스템은 국내 기술로 처음 시도되는 단순 모듈화 및 일체형 시스템으로서 개질 열효율(LHV)이 약 73%에 달했으며, 이는 미국 에너지성(DOE)에서 제시한 2005년도 개발 목표치 72%를 상회하는 괄목할만한 성과였다. 수소충전소는 착공 2년 6개월 만인 2006년 8월 준공식을 마치고 본격적인 운전에 들어갔다. 수소충전소의 운영을 위해 KIER는 2006년 1월 충전사업자 허가를 획득한 데 이어 8월 1일에는 사업개시 신고를 완료했다. 압축수소의 형태로 수소를 저장해 두었다가 차량에 수소를 공급하는 수소충전소는 외형은 주유소와 유사하나 수소연료전지 차량에 수소의 공급이 가능하도록 체계가 구성되었다. KIER 내에 설치된 수소충전소는 20Nm3/hr로서 1일 승용차 5대의 충전이 가능한 용량이었으며, 고순도 수소생산 설비(리포머시스템 + 고순도 수소 정제 시스템)와 고압 압축·저장 및 주입 시스템으로 구축되었다. |
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수소충전소의 핵심기술인 고순도 수소생산 유니트(Unit)를 단순 모듈화 및 통합 설계함과 동시에 충전소를 국내 자체 엔지니어링 설계기술로 구축함으로써 KIER는 수소제조 공정 설계기술과 원천·핵심기술을 확보하게 되었다. 아울러 이를 적극 활용하여 2006년 12월 시범운행을 목표로 개발 중인 21인승 수소연료전지 버스와의 연계·실증이 가능하게 돼 연구의 우수성을 한층 높일 수 있을 뿐 아니라 일반대중에게도 수소사회와 한걸음 더 가까워질 수 있는 환경을 제공할 수 있게 되었다. 자동차 메이커들의 시제차 성능 평가라든가 국가 규모의 관련 실증 프로젝트들이 진행되면서 21세기 들어 다수의 수소연료전지 자동차들이 거리에 등장하기 시작하고 2005년에는 전년 대비 약 32%나 시장규모가 확대되는 등 수소연료전지 시장은 매년 성장세를 더하고 있다. 또한 이를 뒷받침하기 위한 인프라로 수소충전소의 건설 추세 또한 매년 증가하고 있다. 2005년 한해 동안 전 세계에서 30곳 이상의 수소충전소가 문을 열었고 2006년 말까지 150여곳 이상으로 확산될 것으로 전망되고 있다. 향후 수소연료전지차는 2020년까지 기술경쟁단계를 거친 후 완성된 기술수준을 바탕으로 가격 및 제품 경쟁단계에 도달할 것이며, 이러한 기술수요에 부응하여 KIER에 구축된 수소충전소는 자체 개발된 연료전지 버스와 연계 운전을 통해 실증 데이터를 확보하면서 고효율 수소 제조장치의 개발 연구에 좋은 기회로 활용될 예정이다. |
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