한국에너지공대, 천연수소에서 액화수소·LNG 동시 생산 공정 설계… 프라운호퍼와 한독 수소컨퍼런스도 개최

황지현 교수 연구팀 통합 공정 연구 국제학술지 게재… 10월 21일 독일 함부르크에서 제7회 한독 수소컨퍼런스 공동 개최

한국에너지공과대학교(켄텍, 총장직무대행 박진호) 황지현 교수 연구팀이 천연수소 생산정(유정)의 혼합가스로부터 액화수소와 액화천연가스(LNG)를 동시에 생산하는 통합 공정을 설계하고, 에너지 효율과 경제성을 정량적으로 분석해 천연수소의 상용화 가능성을 제시했다. 천연수소는 지하 지질환경에서 자연적으로 생성되는 1차 에너지원으로, 연구팀은 그동안 지질학적 탐사와 자원 평가에 집중됐던 천연수소 연구를 대규모 생산·분리·액화 공정 설계와 경제성 분석으로 확장했다.

기존 연구에서는 공정 분석을 단순화하기 위해 고순도 수소를 원료로 가정하는 경우가 많았다. 반면 연구팀은 실제 천연수소 생산정에서 수소와 함께 나올 수 있는 메탄과 탄화수소 등 다양한 가스 성분을 공정 설계에 반영해 실제 생산 환경을 반영한 공정 모델을 제시했다. 연구팀은 하루 300톤의 액화수소 생산을 기준으로 액체질소 예냉 공정과 단일 혼합냉매(SMR) 예냉 공정을 비교한 결과, 혼합냉매 공정이 액체질소 예냉 공정보다 단위 에너지 소비량을 36.9%, 공정의 에너지 손실을 나타내는 엑서지 파괴량을 54.1% 줄이는 것으로 분석했다. 논문에서 비교한 기존 상용 액화수소 플랜트 대비 에너지 소비 절감 가능성은 약 45~55%로 나타났다.

연구팀은 생산가스에서 분리한 천연가스액(NGL) 성분을 혼합냉매의 보충 원료로 활용하는 공정 통합 개념도 제시했다. 액화수소와 LNG를 함께 생산하는 과정에서 공정 내부에서 확보한 자원을 냉매로 활용해 외부 냉매 공급 의존도를 줄일 수 있다는 점이 특징이다. 경제성 분석에서는 연간 300만 톤 규모로 천연수소를 생산할 경우 액화수소 1kg을 액화하는 데 드는 비용이 최저 1.24달러로 분석됐고, 이를 토대로 추산한 상류 단계의 천연수소 생산원가는 1kg당 최저 0.22달러로 추정됐다. 다만 이는 최종 액화수소 판매가격이 아닌 상류 생산원가 추정치로, 실제 상용화를 위해서는 매장량과 생산 안정성, 시추 비용 및 현장 운전조건에 대한 추가 검증이 필요하다고 연구팀은 밝혔다.

이번 연구는 한국조선해양기자재연구원 김준석 연구원이 켄텍 석사과정에서 수행한 극저온 공정 설계 연구를 발전시킨 성과다. 김 연구원은 천연수소의 산업적 활용을 위한 복합 공정을 설계하고 열역학적 성능과 경제성을 비교·분석했으며 논문의 제1저자로 참여했고, 황지현 교수는 교신저자로 연구를 지도했다. 김준석 연구원은 황지현 교수의 지원으로 천연수소 전문 학회인 H-NAT 등 다양한 해외 학회에 참석해 해외 연구자들과 교류할 수 있었고 이러한 경험이 연구 방향을 설정하는 데 큰 도움이 됐다며, 천연수소의 생성 원리와 탐사에 집중됐던 연구를 실제 산업적 활용을 위한 공정 연구로 확장했다는 점에서 의미가 있다고 말했다. 황지현 교수는 이번 연구가 천연수소 상용화를 위한 핵심 공정 기술을 개발하고 대규모 생산·액화 공정의 기술적·경제적 가능성을 제시한 성과라며, 특히 석사학위 연구가 수소 분야의 세계적 국제학술지 게재로 이어졌다는 점에서 의미가 크다고 밝혔다.

논문은 수소 에너지 분야를 대표하는 SCIE급 국제학술지 International Journal of Hydrogen Energy(영향력지수 9.2, Q1) 제282권에 게재돼 ScienceDirect에서 온라인으로 공개됐다. 이번 연구는 해양수산부·해양수산과학기술진흥원과 국토교통부·국토교통과학기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다.

한편 켄텍은 10월 21일(현지시간) 독일 함부르크 국제전시장에서 수소에너지 FIP(Fraunhofer Innovation Platform) 연구소를 매개로 프라운호퍼와 제7회 한독 수소컨퍼런스(H2DeKo)를 공동 개최하고, 한국과 독일의 수소 분야 연구·산업 교류 확대 방안을 모색했다. 정책 및 국제협력 세션에서는 박진호 총장직무대행의 주재로 최근 정부가 발표한 한국형 녹색대전환(K-GX) 전략을 기반으로 한 수소경제 활성화 방안과 한독 협력 방안을 논의했다. 켄텍 배기호 교수와 구근호 교수는 각각 청정 암모니아 기반 연료전지와 거대언어모형(LLM) 기반 화학분야 기계학습 모델을 주제로 발표하며 최신 수소에너지 연구 기술을 소개했다. 이어진 FIP 실무진 회의에서는 청정수소 생산, 고밀도 저장, 고효율 활용 기술들을 중심으로 수소 분야의 주요 현안을 살펴보고 산학연 협력 네트워크 구축을 위한 구체적인 협력 방안을 논의했다.

이번 컨퍼런스에는 켄텍 학생들도 참여해 수소 분야의 최신 연구와 산업 현장의 과제를 접하고, 해외 연구자 및 기업 관계자들과의 교류를 통해 연구와 진로를 구체화하는 시간을 가졌다. 박진호 총장직무대행은 이번 컨퍼런스가 한국과 독일의 수소 분야 연구진과 기업들이 협력 과제를 함께 모색한 자리라며, 프라운호퍼와의 협력을 바탕으로 국제 공동연구와 학생들의 글로벌 교류 기회를 확대해 나가겠다고 말했다.

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