석유화학 공정 등에서 버려지는 혼합가스를 원료로 순도 99.9999% 수준의 고순도 수소를 생산할 수 있는 공정이 국내기술로 처음 상용화됐다.
한국에너지기술연구원(원장 황주호)은 제이오·덕양에너젠 등과 함께 그동안 전량 수입에 의존해 온 고순도 수소 생산 공정 기술인 수소 압력순환흡착(PSA) 공정과 혼합가스 가운데 일산화탄소만 선택적으로 제거하는 흡착제 개발에 성공했다고 9일 밝혔다.
지식경제부 에너지 기술개발사업의 시범적용사업으로 총 9억3000만원을 투입해서 상용화에 성공한 수소PSA 공정은 함께 개발한 흡착제를 사용함으로써 99.9999%의 고순도 수소를 생산할 수 있다. 회수율은 80% 이상으로 세계 최고 수준이다.
고순도 수소는 반도체 및 석유화학제품, 폴리실리콘, 연료전지 등에 필수적인 물질로 연간 8000억원 규모의 시장을 형성하고 있다.
황주호 에너지기술연구원장은 “이번에 상용화한 수소PSA 플랜트는 석유화학산업의 각종 수소가 포함된 배출가스 정제 기능뿐 아니라 제철소의 코크스로 가스, 연료전지 연료 등 산업전반에 적용할 수 있다”며 “상용화 플랜트를 실증한 결과 세계 최고 수준의 기술력을 보유한 미국과 독일 업체의 플랜트보다 회수율과 생산성이 높게 나타나 해외 기술의존도를 낮출 수 있을 것”이라고 말했다.
수소PSA 플랜트는 에너지기술연구원과 덕양에너젠 등이 여수공단에 소재한 덕산에너젠에 설치, 인근 에틸렌공장에서 제품 생산 중에 부수적으로 배출되는 혼합가스를 원료로 시간당 최대 5000N㎥(1노멀㎥은 온도 0도, 1기압의 조건아래에서 가로×세로×높이가 1m인 공간의 기체량. 1000ℓ에 해당)를 처리할 수 있다.
연구책임자인 조순행 에너지기술연구원 박사는 “이번에 설치한 규모로 국내 석유화학 공정 등 10곳에 적용하면 연간 약 150억원의 에너지 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 해외시장 수요까지 고려하면 연간 약 500억원의 수입 대체 및 수출효과를 얻을 수 있을 것”으로 내다봤다.
조순행 박사는 “이번에 상용화한 수소PSA 플랜트는 흡착제 성능과 공정 최적화 설계 기술을 통해 소량의 외산 제품에 비해 30~40%의 설치비 절감과 함께 고순도 수소회수율도 6~14% 향상됐다”고 덧붙였다.
※용어설명
수소 압력순환흡착(PSA·Pressure Swing Adsorption):수소가 포함된 혼합가스로부터 수소를 고순도로 정제하기 위해 압력이 높은 상태에서 불순물을 흡착시켜 제거하는 공정기술. 흡착된 물질을 탈착시켜 재생할 때에는 압력을 낮추게 된다. 압력이 고압에서 저압으로 주기적으로 변환하기 때문에 압력순환(Pressure Swing)이라고 한다.
고순도 수소:반도체·폴리실리콘·연료전지의 연료 등 첨단 산업분야에서 활용되고 있으며 수요가 크게 증가하고 있다. 특히 첨단 산업분야에서 활용하는 수소는 99.999%나 99.9999% 이상의 높은 순도를 유지해야하며 미량의 일산화탄소가 남아있을 경우 연료전지 수명단축, 촉매반응기 성능저하, 반도체공정 원료 품질저하 등을 초래할 수 있다.
주문정기자 mjjoo@etnews.co.kr
