국내 최초 정제기술 개발, 선진국으로부터 기술 독립

[Industry News 박관희 기자] 순수한 수소를 공장에서 대량으로 생산하는 기술은 미래형 에너지 환경을 구축하기 위해 꼭 필요한 기반 기술이지만 오랫동안 미국이나 독일 등 일부 선진국만 확보한 기술이었다.

우리나라 수출의 상당부분을 차지하고 있는 반도체 산업이나 석유화학 산업은 고순도의 수소를 필요로 해 국가적 차원에서 관련 기술 개발에 대한 요구가 끊임없이 제기됐다.

수소불순물 제거공정(H2 PSA : Pressure Swing Adsorption, 이하 수소 PSA)에서 독보적인 성과를 기록하고 있는 젠스엔지니어링이 최근 활발히 추진 중인 수소스테이션 구축 등 재생에너지 보급사업에 분리정제기술을 적극 활용한다는 계획이다.

수소분리정제기술은 미래 청정기술로 심냉분리, 흡수법, 멤브레인, 흡착 등 다양한 방법이 있지만, 심냉분리와 흡수분리는 에너지소비가 많고, 고순도의 수소를 정제하는 데 한계가 있으며, 전기 분해 역시 전기에너지 비용이 높다.

멤브레인 막분리 방식 역시 규모가 큰 곳에서 사용이 어렵고, 고압의 방식을 활용해야 한다는 단점이 있고, 상대적으로 흡착기술은 공정의 고효율화, 흡착(제)기술의 발전이 이뤄지면서 경제성을 갖추게 됐고, H2 PSA는 성공적으로 상용화된 기술에 해당된다.

젠스엔지니어링은 혼합가스로부터 수소만을 깨끗하게 분리해 99.999% 이상의 순도를 갖는 ‘초 고순도 수소’ 생산 공정을 확보하고 있다. 조순행 대표가 국책연구원에서 개발한 기술은 일산화탄소 등 불순물이 정제된 고순도의 수소제조 기술로, 국내 최초로 개발된 기술이자, 독일 등 해외 기술로부터 독립하게 해준 순수 토종 기술이다.

조순행 대표는 “우선 일산화탄소를 선택적으로 제거하는 흡착제를 개발해 이 기술을 이용해 혼합가스에 들어있는 수소 중 80% 이상을 순도 99.999% 이상의 고순도 수소로 정제할 수 있게 됐다”면서 “외국 기술과 견줘봐도 성능이 우수한 기술이고, 장치 투자비도 저렴하다”고 소개했다. 수소제조를 위한 흡착제는 제올라이트와 활성탄, 탄소 분자체와 알루미나 등이 활용된다.

기존 공정에서는 일산화탄소를 미량으로 제거하기 위해 흡착탑을 크게해 투자비가 많이 들고, 성능이 저하되는 불리한 점이 있었다. 수소 PSA 기술 개발로 수소 psa 공정 10기를 설치하면 연간 150억원 가량의 에너지절감, 해외에 20기를 설치하면 연간 500억원의 수입대체 효과를 기대할 수 있게 됐다.

이산화탄소 회수 장치, 경제성 높아
사실 흡착분리 회수장치의 출발은 이산화탄소 흡착분리장치 개발에서 출발한다. 화력발전소와 시멘트공장 등의 연소배가스에서 이산화탄소를 회수하는 에너지절약형 이산화탄소 회수장치를 먼저 개발했기 때문이다.

이산화탄소 회수시스템은 일단 화력발전소 배가스를 제진한다. 탈황장치를 거친 후에는 제습탑을 거쳐서 흡착제가 충진되는 방식이다. 1단계 PSA에서 30~50%로 농축하고, 다음에 2단계 PSA로 보내 99% 농축시켜 회수하는 공정이다.

조 대표는 “산업화에 따른 이산화탄소 수요증가에 대응하고, 이산화탄소 회수에 소비되는 에너지 절감은 물론 이산화탄소 제조에 소비되는 원료인 유류비 절감을 가져 오는 등 경제성이 높은 기술이다”고 밝혔다.

한편, 최근 정부의 신재생에너지 보급 확대가 이슈로 작용하면서 이산화탄소 회수, 수소스테이션 구축사례가 늘고, 각 지자체에서도 도입을 추진하고 있다. 다만 이 과정에서, 국내 토종 기술기업이 외면받고 있다.

조 대표는 “기술 수준이 유럽 등 주요국보다 우수함에도 가격적인 요인만 검토돼 국내 정제기술이 사장될 위기에 처했다”면서, “중국 등 값싼 기술에 주목할 것이 아니라 공공영역 이를테면 정부와 지자체 등의 사업이라도 국내기업의 기술 장려 차원의 접근이 필요한 때다”고 강조했다.

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