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  • 친환경 대체에너지원인 수소

선박에서 수소를 대체 연료로 사용하는 것은 환경친화적이고 지속 가능한 운항을 위한 대안입니다. 탄소 기반의 연료에서 CO2, NOx, SOx 등 대기오염 물질이 배출되는 것과는 달리 수소는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경적 에너지원입니다수소 연료는 또한 높은 효율성을 가지며, 전기추진을 위한 가장 적합한 에너지원으로 사용될 수 있습니다. 더불어, 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 배터리 선박이 가진 짧은 항속거리 문제점에 대한 대안책이 될 수 있습니다. 하지만 수소 연료의 도입과 사용에는 몇 가지 과제가 있습니다. 가장 큰 문제는 수소의 생산과 저장입니다. 수소는 지극히 가벼운 기체이므로, 저장하는 데 매우 높은 압력(700bar)이나 매우 낮은 온도(-253)가 필요합니다.

 

<저장 형태에 따른 수소 저장 밀도 비교>

Primary Fuel

Formula

Density [kg/m3]

Energy per mass [kJ/kg]

Energy per vol [GJ/m3]

H2 density [kgH2/m3]

Hydrogen

H2

0.09

141,890

0.013

0.09

LH2

H2

71

141,890

9.9

71

LNG (Methane)

CH4

423

55,530

~ 20.5

106

LPG (Propane)

C3H8

581

50,400

25.2

106

Methanol

CH3OH

793

22,700

18.0

99

MCH

C7H14

862

42,500

26.9

96

Ammonia

NH3

771

22,500

17.4

136

 

수소는 생산방법에 따라 다양한 색깔로 구분할 수 있습니다. 그린(재생에너지), 블루(LNG개질 + 탄소포집), 핑크(원자력 수소) 수소 등 다양한 방법에 따라 수소를 생산할 수 있는데, 전지구적인 탈탄소 목표를 구현하기 위해서 그린수소의 비중이 점점 더 커질 것으로 예상됩니다.  

 

  • 액체수소

수소는 -253, 1atm에서 액화되며, 부피는 가스 수소 대비 1/845로 줄어듭니다. 이러한 액체수소는 투명하며, 무색이고 부식성이 없습니다. 수소의 액화는 특이하게 Ortho-Para 수소 변환이 고려되어야 합니다. 상온의 수소 (Ortho 수소 : Para 수소 = 75% : 25%)를 액화 설비에서 -253의 액체로 변환한 후, 탱크에 저장하게 되면, Ortho수소가 Para수소로 서서히 변환되면서, 액체 수소의 증발잠열(445.6J/g)보다 큰 변환열(527J/g)이 발생하게 되는데, 이 변환열은 이미 액화된 수소를 저장탱크 내에서 서서히 증발시켜 기체 상태로 변화시키므로, 액화 과정에 촉매를 이용하여 Ortho수소를 Para 수소로 변환시켜 주어야 합니다

    

선박용 액체수소 저장시스템 적합 소재 연구
선박용 액체수소 저장시스템 적합 소재 연구
수소는 그 자체로 무탄소 연료이며 메탄올과 같은 대체연료의 원료로 사용되어 국제 수소 운송 및 거래가 점차 확대될 것으로 전망됩니다. 수소는 수소연료추진선 및 수소운송선에서의 효율적인 저장을 위하여 액체수소 형태로 취급되어야 액체수소 저장시스템 적용 소재에 대한 관련 업계의 이해 및 관련 소재 분석 인프라는 아직 부족한 실정입니다. 이에 우리 선급은 2019년부터 한국기계연구원 및 부산대학교와 친환경 대체연료 초저온 소재 시험 평가 및 분석 인프라를 구축하고, 수소 환경 모사 시험(초저온, 수소 금속 침투)을 수행하였습니다. 해당 연구의 결과로써 본 연구보고서에서는 수소 배관 및 탱크 등 적용 소재에 대한 평가방법을 정립하고, 적용 소재의 기준을 제시하였습니다.
액체수소운송선 국내외 규격분석 및 시사점
액체수소운송선 국내외 규격분석 및 시사점
수소선박은 탑재된 수소연료전지를 통해 수소와 산소의 화학반응을 이용하여 발생된 열에너지를 전기에너지로 변환하여 추진하는 선박을 의미한다. 앞서 언급한 바와 같이 수소는 환경을 오염시키는 어떠한 가스도 배출하지 않는다는 장점이 있다. 우리나라 수소선박 개발은 현재 초기 단계이며, 향후 지속적인 연구개발이 필요한 분야이다. 특히, 액화 수소는 ?253°C 의 극저온특성이 있어 액화 천연가스보다 취급이 더욱 까다롭다. 또한 수소는 체적당 에너지 밀도가 낮아서 수소를 저장하는 탱크가 LNG 탱크보다 커야 한다는 단점을 가진다. 기존연료 대비 LNG와 메탄올은 2.3 배크기의 탱크이면 되지만, 수소의 경우 약 7.6배로 탱크가 커져야 한다는 점이다. 수소선박은 중소기업, 대기업에서 상당한 이슈 사항이며, 약 10여년부터 계획적으로 R&D가 추진되었다. 그럼에도 불구하고 수소의 불안전성 특성으로 아직까지 기준 등이 마련되지 못하였다. 따라서 본 연구를 통해 수소 운송선 및 수소선박 등에서 발생할 수 있는 위험요소 등을 식별하고, 최근 개정된 IMO 문서(MSC 420(97))에서 인식되지 못한 보완사항을 식별하고자 한다.