수소충전소

수소충전소는 수소차에 수소를 재보충하는 곳이다. 기존의 자동차 주유소와 같은 개념이다. 대한민국 정부는 2022년까지 수소충전소 310곳을 구축한다는 계획을 발표했다.

구성

수소충전소는 기본적으로 수소를 저장하는 수소저장 용기, 수소의 압력을 높이기 위한 압축기, 수소를 차에 충전하는 디스펜서로 구성되어 있다. 수소저장 용기는 400기압으로 수소를 저장하며, 공급되는 수소의 압력이 낮을 경우에는 압축기를 사용하여 압력을 높인다. 국내에는 광신기계 등에서 수소충전소용 압축기를 개발한 바 있으나, 아직 내구성 측면에서 호퍼(Hofer)와 같은 선진사의 제품에 비해 손색이 있다. 최근에는 독일 린데(Linde)에서 콤팩트한 고효율의 이오닉 압축기를 개발하여 상용화한 바 있다. 보통 수소전기차에는 5~6kg의 수소를 충전하며, 이의 충전에 3~5분이 소요된다. 고압의 수소를 고속으로 주입하게 되면 발열이 일어나며, 발생열을 제거하기 위해 냉각기가 필요하게 된다. 국내에 수소충전소 건설을 전문으로 하는 회사는 효성, 광신기계, 이엠솔루션 등 다수가 있으나, 아직 수소충전소용 장비 및 부품의 국산화율은 낮은 편이다. 수소충전소의 규모는 시간당 공급할 수 있는 수소의 양으로 표현되며, 보통의 상업용 수소충전소는 300 Nm3/h 정도의 수소공급 능력을 가지고 있다. 수소 11 Nm3이 약 1 kg이므로, 한 시간에 5~6대의 수소전기차를 충전할 수 있다. 수소의 저장 방식에는 고압수소 저장과 액화수소 저장 방식이 가장 대표적이며, 현재는 고압수소 저장이 보편적으로 사용되고 있으며, 국내에서는 액화수소 생산기술을 바탕으로 보유하고 있는 하이리움사에서 액화수소 충전 사업을 시도하고 있다. 수소 디스펜서 또한 고가의 장비로서 현재는 Kraus와 같은 외국회사의 제품을 수입하여 사용하고 있으며, 그 외에 밸브 등도 대부분 수입제품으로 사용하고 있다. 또한 고압의 수소를 고속으로 충전하기에 수소유량을 정밀하게 측정하는 것도 용이하지 않으며, 이에 대한 연구가 가스안전 공사 등에서 진행 중이다. 이처럼 수소충전소에 사용되는 대부분의 장비 및 부품을 해외에 의존하고 있으며, 장래에 수소충전소가 본격적으로 보급될 것을 생각하면 장비와 부품의 국산화가 시급하다.

구성 및 충전 과정

1단계	2단계	3단계	4단계
수소 공급	수소 압축	수소 저장	냉각	충전
튜브트레일러	압축기	고압·중압 수소 저장 용기	냉동기, 칠러	디스펜서(충전기)

종류

수소충전소는 수소 공급 방식에 따라 세 가지로 나누어진다. 첫째는 수소를 외부에서 튜브트레일러 또는 수소배관을 통해 공급받는 오프사이트(off-site) 수소충전소이며, 가장 많이 구축되어 있다. 이는 수소 공급원으로부터의 이송거리가 짧을 경우에 적합하며, 통상적으로 300 Nm3/h급의 오프사이트 수소충전소 1기 건설에는 부지비용을 제외하고 30억 원 정도가 소요된다. 둘째는 천연가스 또는 LPG 개질을 통해 수소를 자체에서 생산하는 개질형 온사이트(on-site) 수소충전소이다. 이는 수소 공급원으로부터의 이송거리가 장거리일 경우 선호되며 천연가스 또는 LPG의 공급이 용이하여야 한다. 수소개질 및 정제설비가 추가되므로 300 Nm3/h급을 1기 건설하는데 약 50억 원이 소요된다. 마지막으로 물의 전기분해를 이용하여 수소를 생산하는 수전해형 온사이트 수소충전소가 있다. 이는 이산화탄소 배출이 없고, 전력만 공급가능하면 운영이 가능한 장점이 있다. 아직은 전력비용의 부담이 크지만 장래에 신재생에너지 발전의 비중이 늘어나면 궁극적인 친환경 수소생산 방식이 될 수 있다. 수소충전소는 구성 방식에 따라 세 가지로 나누어진다. 첫째는 모든 장치가 방호된 건물이나 캐노피 아래에 설비되어 있는 일반 수소충전소이다. 둘째는 수소 카트리지를 제외한 모든 장치가 컨테이너 안에 수납되어 있는 형태인 패키지형 수소충전소이며, 이는 주로 소용량으로 구축되며 수소충전소의 이동 설치가 용이하다. 세 번째는 대형 트럭 등에 모든 장치가 설치되어 있는 이동형 수소충전소이며, 이는 수소충전소 보급의 초창기에 수소 공급을 효과적으로 할 수 있다. 수소충전소에 공급되는 수소의 비용은 경제성에 큰 영향을 미치며, 가급적이면 수소공급원으로부터의 운송거리가 짧은 것이 바람직하다. 운송비가 높을 경우에는 온사이트형 수소충전소를 운영하는 것이 효율적이다. 수천 Nm3/h급인 대용량 온사이트형 수소 충전소를 건설한 후 이로부터 주변의 작은 수소충 전소에 수소를 공급하는 아이디어도 제시되고 있는데, 이를 마더-도터(mother-daughter) 수소충전소라고 하며, 일본 오사카에서 실증이 진행 중이다. 그 외에 수소충전소는 설치 형태에 따라 독립형, 복합형, 융합형으로 나눌 수 있다. 독립형은 수소충전소 단독으로 건설하는 것이며, 부지의 선정 및 운영 인력의 인건비 부담 등의 어려움이 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 기존의 주유소나 LPG/CNG 충전소에 수소충전소를 추가로 설치하는 것을 융복합 수소충전소라고 하며, 수소충전소 부지의 확보가 용이하고 기존의 근무 인력을 활용하는 것이 가능하다. 기존의 부지에 물리적으로 수소충전소를 함께 건설한 것을 복합충전소라고 하며, 기존의 LPG나 CNG 충전소에 저장하고 있는 연료를 개질하여 수소를 생산하는 설비를 구축한 수소충전소를 융합수소충전소라고 한다.

수소충전소 비교

오프사이트 수소충전소	파이프라인 공급방식	10bar	10bar	10 > 900bar	900bar	900 > 700bar	700bar
		수소 생산	파이프라인	압축기	고압용기	디스펜서	수소전기차
	튜브트레일러 공급 방식	10bar	10 > 200bar	200bar	200bar	200 > 900bar	900bar	900 > 700bar	700bar
		수소 생산	압축기	튜브트레일러	카트리지	압축기	고압용기	디스펜서	수소전기차
온사이트 수소충전소	천연가스 개질 (추출)		10bar	10 > 900bar	900bar	900 > 700bar	700bar
		도시가스	수소 생산	압축기	고압용기	디스펜서	수소전기차
	수전해	10bar	10 > 900bar	900bar	900 > 700bar	700bar
		수소생산	압축기	고압용기	디스펜서	수소전기차

구축 현황

국내

국내 2020년까지 수소충전소는 총 63기가 구축됐다. 2019년 36기 대비 75% 증가한 27기를 추가 구축한 셈이지만 당초 목표했던 누적 100기를 달성하지 못했다. 코로나19 사태 등으로 인한 어려움에도 불구하고 2019년 대비 신규 구축이 75% 증가했다는 점은 큰 성과이다. 2021년부터는 수소충전소가 상당히 빠른 속도로 늘어날 전망이다. 정부의 전폭적인 지원과 함께 풍부한 주유소와 LPG 충전소를 보유한 정유사·LPG 공급사가 미래차 복합충전소 구축에 나서는 한편 2021년 2월 출범한 상용차 수소충전소 특수목적법인 코하이젠에도 참여하기 때문이다. 정부는 수소충전소의 구축 가속화를 위해 범부처 수소충전소 전담조직을 출범, 모든 역량을 집주해 수소충전소 구축 및 운영을 지원할 계획이다. 수소충전소 구축 관련 인허가권을 환경부로 한시 상향, 그린벨트 내 수소충전소 입지규제 대폭 완화, 수소충전소 운영적자 해소를 위한 수소연료구입비 지원 등 다각적인 지원정책이 시행될 예정이다. 그동안 수소충전소 구축에 소극적인 모습을 보였던 정유사와 LPG 공급사의 수소충전 인프라 시장 진출은 상당한 시너지 효과를 나타낼 것으로 보인다. 저부는 2020년 12월 21일 '제1회 혁신성장 빅3 추진회의'에서 2021년 상반기까지 110기를 구축할 예정임을 밝혔다. 2021년이 정부 목표의 1차 관문인 2022년 310기 구축목표 달성의 중요한 척도가 될 것으로 보인다. 정부는 2020년 10월 30일 발표한 미래자동차 확산 및 시장선점 전략을 통해 2025년 전기차 113만대, 수소전기차 20만대 국내 보급과 전기 및 수소차 수출 53만대를 목표로 제시했다. 우선 세계 최고 수준의 보조금과 세제 지원에도 불구하고 여전히 높은 가격, 충전의 불편함 등이 전기 및 수소차 보급 확산의 걸림돌로 지적됐다. 특히 전기 및 수소차 충전 인프라 확산이 가장 시급한 상황이다. 정부는 전기차 급속충전기를 2020년 9월 8,989기에서 2022년 1만기, 2025년 1만 5,000기로 확대할 계획이다. 급속충전기 1만 5,000기는 전국 주유소 수준(1만 3,000개) 이상으로, 이동 경로 및 고속도로 등에 구축한다는 계획이다. 주유소 내 급속충전기 설치 등 복합충전소를 확대한다는 것이다. 수소충전소는 2022년까지 310기, 2025년까지 450기로 확대할 계획이다. 특히 수소차 대비 충전소가 부족한 수도권에 우선적으로 충전소를 구축할 예정이다. 2020년 10월 서울의 수소충전소는 13기로, 2021년 53기, 2022년 80기로 확대한다는 계획이다. 수소충전소도 전기차 충전기와 같이 기존 주유소와 LPG, CNG 충전소 등을 활용한 복합충전소를 확대한다는 방침이다.

참고자료

• 〈수소충전소〉, 《위키백과》
• 박진남, 〈수소충전소 기술 및 정책 현황 - Status of Hydrogen Station Technology and Policy〉, 《KIC브리프 제21권 제3호》, 2018
• 이종수 기자, 〈2021년, 수소충전소 구축 가속화 분수령〉, 《월간수소경제》, 2020-12-30

같이 보기

• 전기차
• 충전

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