울진을 원자력수소 생산 허브로…탄소중립 실현 새 패러다임

윤석열 정부의 국정과제 중 하나인 '원전 연계 수소생산'과 더불어 '2050 탄소중립 실현'을 위해 탄소배출이 없는 청정에너지로서 원자력 청정수소의 중요성이 부각되고 있다. 사진은 지난해 열린 '2023 경북 원자력 수소산업포럼'에서 패널토의 모습. 〈영남일보DB〉

영남일보는 경북도, 울진군과 함께 원자력 대용량 수소생산단지 구축과 규제 샌드박스 활용방안을 주제로 '2024 경북 원자력 수소산업포럼'을 4일 서울 호텔 코리아나에서 개최한다. 최근 '울진 원자력수소 국가산업단지' 조성안이 국무회의에서 의결돼 국가산단 국가정책사업으로의 확정은 윤석열 정부에서 추진한 국가 산단 중 지방권에서는 최초다. 울진 원자력수소 국가산업단지가 입주 수요가 충분하고 경제적 파급효과가 큰 산단이라는 평가를 받았다. 경북도와 울진군은 국가정책사업으로 확정됨에 따라 산단 조성에 탄력이 붙을 것으로 기대하고 있다. 울진 원자력 수소 국가산단은 원자력 수소의 핵심인 비송전 전력을 활용한 동해안 수소경제벨트 구상과 예비타당성조사 면제가 확정됐다. '원자력 청정수소 생산 클러스터 조성'을 위한 사업기획 및 타당성 조사 연구용역을 통해 대용량 청정수소 생산 기반을 조성해 울진을 원자력 수소 생산 허브로 구축한다는 계획이 점차 가시화되고 있다. 이같은 시기에 발맞춰 열리는 이번 포럼은 원자력 수소 관련 민·관·학·연·기업이 함께 참여해 경북도 원자력 수소산업의 새로운 패러다임을 선도하고, 지역경제 활성화를 모색하는 전문가들의 주제발표와 패널토론이 준비됐다. 이번 행사는 개회식과 기조강연을 시작으로 세션 1·2·3과 패널토론으로 진행된다.

손병복 울진군수가 지난해 '2023 경북 원자력 수소산업포럼'에서 기조강연을 하고 있다. 〈영남일보DB〉

기조강연
정범진 경희대 원자력공학과 교수 (한국원자력학회장)

재생에너지 자원 부족 국가
원전 이용한 수소생산 필연
법적·제도적준비 고려해야

기후변화에 대처하기 위해 탄소중립에 대한 국제사회의 압박이 심화되고 있다.

우리나라는 에너지 사용에서 전기사용분은 20% 내외다. 이 말은 80%의 에너지는 여전히 화석연료라는 것이다. 이 화석연료에서 발생하는 이산화탄소를 줄이기 위해서는 화석연료 대신 전기와 수소를 사용하도록 하는 것이 유일한 방법이다.

전기와 수소는 깨끗한 에너지로 알려져 있지만 사실 이들은 에너지원이 아니라 에너지를 실어나르는 담체이다. 이들은 다른 에너지원을 이용해 생산해야 하는 것이고 결국 어떤 에너지원을 사용해 전기와 수소를 만들었느냐에 따라 청정성을 담보할 수 있게 된다. 무탄소 전원인 재생에너지와 원자력발전을 이용해 수소를 생산하는 것이 사실상 유일한 방식이다. 이산화탄소의 포집기술은 아직 요원하기 때문이다.

한편 우리나라와 같이 재생에너지 자원이 풍부하지 않은 경우에는 원자력을 사용하는 것이 필연적이다. 현재 개발된 저온수전해 방식으로도 원자력발전소의 전력을 이용한다면 ㎏당 3천원 수준의 수소를 생산할 수 있다. 물론 고온수전해를 하거나 수소생산 전용 원자로를 이용한다면 이보다 낮출 수 있지만 아직 연구개발이 필요하다.

원자력수소는 수입에 의존하던 화석연료를 우리가 직접 생산한 수소로 대체한다는 측면에서 에너지 안보차원에서도 중대한 의미가 있다.

그렇다면 원전을 이용한 수소생산은 필연이고, 기술적으로는 충분히 가능하다. 원자력발전소도 입증됐고 저온수전해도 상업화된 기술이다.

관건은 과연 이를 누가 사업을 주관하고, 어디에 이 시설을 위치시킬 것이며, 원전과 수소생산시설의 건설과 운영의 주체는 누구로 해야 하는가와 함께 관련한 법적·제도적 준비는 어떻게 해야 하는가이다.

세션1
원자력 수소산업 전망과 과제 -산업 생태계 조성을 중심으로 (정동욱 중앙대 교수)

대용량 수소단지 단계적 구축
수소 수요처 등 생태계 마련

원자력 에너지를 활용한 대용량 청정수소 생산단지는 단계적으로 구축돼야 한다. 초기에는 수십 ㎿급 단지를 구축해 파일럿 프로젝트로 운영하고, 이를 통해 기술적 검증과 경제성을 확보한 후 수백 ㎿ 규모로 확장해야 한다. 장기적으로는 GW급 단지로 발전시켜 수소경제 실현에 기여하는 것이 목표이다.

이 과정에서 중요한 기대효과는 수소의 생산, 저장, 운송, 활용의 전 주기에 걸친 인프라 구축이 가능하다. 특히, 수소 배관망 확충과 수요처 확보는 경제성 극대화와 연결되며, 이 과정에서 대용량 전해조 기술 국산화를 통해 관련 기업을 육성하고 산업 생태계를 조성할 수 있다. 또한 담수화 플랜트와의 결합을 통해 지역 산업에 기여하고, 친환경 용수 공급 토털 솔루션을 제공할 수 있다.

원자력 에너지를 활용해 생산한 청정수소는 대규모 수소 수요처가 필요하다.

이미 조성 중인 수소 연료전지 클러스터와 기술 개발 중인 포항 수소환원제철소와 연계를 통해 수소 활용 분야를 확장하고, 수소 저장, 운송, 모빌 리티, 주거, 산업 분야와 연계하여 수소 경제 전반의 활성화를 도모해야 한다.

세션2
한국 수소연료전지 기술개발 현황과 인증 기준 (김민석 에스퓨얼셀〈주〉대표이사)

세계 첫 수소법 발표 후 시행
국내 연료전지 기술 수준 높아

수소경제는 수소의 생산, 저장 및 운송 그리고 활용을 포함하는 모든 경제활동을 의미한다. 대부분 나라에서 이러한 수소경제를 활성화하기 위해 많은 정책과 지원금을 발표하고 있으며, 우리나라는 전 세계 최초로 '수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률'(수소법)을 발표하고 2021년부터 시행하고 있다.

우리나라는 수소활용 부분에 대표적인 다양한 종류의 연료전지 기술이 세계적인 수준이며, 그에 따른 인증 기준도 구체적이고 다양하게 제정돼 있다.

이번 발표에는 다양한 연료전지 종류 중 이동형과 건물용에 주로 사용되는 고 분자 전해질 연료전지(PEMFC) 기초적인 내용과 연료전지 핵심 구성 요소에 대한 국내 기술개발의 내용을 다루고 있다. 또 국내 연료전지 검사 및 인증기준인 한국가스안전공사(KGS) 및 한국에너지공단의 AH371과 KSC8569에 대한 주요 기준을 비교·분석했으며, 유럽의 대표적인 인증기준인 CE인증의 연료전지 관련 인증 및 검사 기준도 함께 비교·분석했다. 마지막으로 국내 연료전지 전문회사 중 수소전문 기업인 에스퓨얼셀의 연료전지 제품에 대해서도 간략하게 발표한다.

원자력 청정수소 생태계 조성을 위한 정책 방향 (박진남 에너지기술평가원 청정수소PD)

청정수소 저가 대량생산 중요
수전해 이용 핑크수소 유리해

탄소중립 달성의 중요한 수단으로 수소에너지가 대두되고 있으며, 이를 위해서는 저가 청정수소의 대량생산이 매우 중요하다.

그린수소가 대표적인 청정수소로 인식되고 있으나, 국가별로 생산 여건이 상이하므로 그린수소 생산이 어려운 국가에서는 원전을 이용한 핑크수소 생산을 고려하고 있다.

원전의 전력을 이용해 수전해로 청정수소를 생산할 수 있다.

또한 우리나라는 그린수소보다 핑크수소의 생산의 경제성이 유리하다.

핑크수소의 청정성을 인정받기 위해서는 유럽의 녹색분류체계(Taxonomy) 및 K-Taxonomy에 적합해야 할 것이다.

또한 청정수소 생산 보조금 제도의 마련 및 재원 확보를 통해 청정수소 생산을 활성화할 수 있을 것이다.

세션3
원자력-청정수소 인허가 전략 (강형석 한국원자력연구원)

가스안전공사 안전기준 준수
수소누출 현상 전산 해석 수행

우리나라에서는 원자력 발전소 인근에 수소생산시설을 설치하려면 원자력안전법 제90조, 시행령 제 130조에 의하여 해당 원전을 관할하는 행정기관의 장이 원자력안전위원회와 미리 협의를 해야만 한다.

이를 위해서는 원자력-청정수소 사업을 추진하는 사업자가 먼저 수소생산시설이 상용 운전 중인 원전에 미칠 수 있는 위해도 평가 보고서를 제출해야 한다. 그런데 우리나라에서는 아직까지 원자력-청정수소 생산시설 구축 사례가 없으므로 평가 보고서 작성하기 위해서는 해외 국가의 사례를 반드시 참조해야만 한다.

우리나라에서 원자력-청정수소 생산시설을 구축하기 위해 필요한 원자력안전위원회 협의용 기술문서는 다음과 같은 내용과 순서로 작성되어야 할 것이다.

첫 번째는 가스안전공사 안전기준을 준수하는 수소생산시설의 설계를 바탕으로 수소가스 누출 및 폭발사고 시나리오 개발을 해야 한다.

두 번째는 선정된 사고시나리오를 기반으로 수소누출 현상에 대한 전산해석을 수행해야 한다.

세 번째는 원전 안전규제 요건인 US RG 1.91에 근거하여, 계산된 수소가스 누출질량과 폭굉발생 효율을 고려한 후 거리에 따른 과압을 TNT(Trinitrotoluene) 폭발 등가방법으로 계산해야 한다.

네 번째는 계산된 과압 데이터를 바탕으로 수소생산 시설에서 가상적인 폭발사고의 발생 시 원전에 미치는 영향을 평가하고, 만약 원전 부지 내에 안전이격거리가 충분하지 않다면 방호벽의 설치도 고려해야 할 것이다.

규제 샌드박스 연료전지 기술의 해양 탈탄소화 실현 (이칠환 <주>빈센 대표이사)