수소충전소 편집하기

'''수소충전소'''(Hydrogen Refueling Station, HRS)는 [[수소차]]에 수소를 재보충하는 곳이다. 기존의 자동차 [[주유소]]와 같은 개념이다. 대한민국 정부는 2022년까지 수소충전소 310곳을 구축한다는 계획을 발표했다.  

수소충전소는 기본적으로 수소를 저장하는 수소저장 용기, 수소의 압력을 높이기 위한 압축기, 수소를 차에 [[충전]]하는 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 크라우스(Kraus)와 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.<ref name="박진남">박진남, 〈[https://www.cheric.org/PDF/PIC/PC21/PC21-3-0010.pdf 수소충전소 기술 및 정책 현황 - Status of Hydrogen Station Technology and Policy]〉, 《KIC브리프 제21권 제3호》, 2018</ref><ref name="김창수">김창수 기자, 〈[https://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=213789 (기획) 수소산업 짚어보기]〉, 《투데이에너지》, 2019-05-20</ref>

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 수소충전소이다. 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.<ref name="박진남"></ref><ref name="김창수"></ref>

오프사이트 수소충전소는 수송 방식에 따라 파이프라인 공급 방식 수소충전소와 튜브 트레일러 공급 방식 수소충전소로 나뉜다. 가장 보편화된 수소충전소는 튜브 트레일러 공급 방식으로 운송 비용이 발생하지만 운송 인프라 구축을 위한 설비 투자 비용이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 파이프라인 공급 방식은 수소 생산지에서 충전소까지 거대한 운송용 파이프를 설치해 공급하는 방식이다. 초기 막대한 투자 비용이 발생하지만 보다 안정적으로 많은 양의 수소를 운송할 수 있다는 장점이 있다.

화석연료 특히 천연가스(Natural Gas; NG)로부터 수소를 생산하는 개질기술에 대한 중요성이 거론되고 있다. 천연가스(NG) 등 화석연료의 개질방식은 수증기 개질반응(SR), 부분산화반응(POX), 자열개질반응(ATR), 이산화탄소 개질반응(CDR)으로 분류된다. 이 중 수증기 개질은 75% 이상의 고순도 수소제조가 가능하고, 운전효율이 높을 뿐 아니라, 오랜기간 운영을 통한 검증된 기술이기 때문에 안정적 운영이 가능하다는 장점이 있다. 이에 반해 부분산화반응은 정상상태 도달시간이 짧고 낮은 반응온도와 에너지사용량이 적은 장점이 있는 반면, 수소농도가 35% 이하로 낮고 효율이 낮다는 취약점이 있다. 아울러 자열개질반응은 수소농도가 55% 이하이지만 흡열·발열반응이 동시에 일어나 열 관리에 유리한 반면, 운전 및 제어가 어렵다는 단점이 있고, 이산화탄소 개질반응은 이산화탄소를 사용해 온실가스 배출 저감효과가 있으나 높은 운전 온도 및 효율이 낮다는 취약점이 있다. 수증기 개질기는  수소생산 규모에 따라 설계 구조가 다르며, 또한 적용 분야가 다양하다. 대표적으로 수소생산량이 1~10 N㎥/h일 경우 가정·상업용 연료전지에 적용되고, 20~500 N㎥/h 범위는 분산발전용 연료전지 및 온사이트형 수소충전소 등에 사용된다. 또 1,000 N㎥/h 이상은 수소플랜트 등에 활용돼 다양한 산업분야에 수소를 공급하여 활용할 수 있다. 이러한 개질방식의 핵심설비인 수소개질설비에 대한 설계기술은 한국가스공사, 한국에너지기술연구원, 한국전력연구원, 제이엔케이히터㈜, 에스케이에너지가 확보했다.<ref name="남영태">남영태 기자, 〈[http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=84488 (기획) 온사이트형 수소충전소 구축 기술, 어떤 것이 있나]〉, 《가스신문》, 2018-10-11</ref>

수전해기술을 통한 수소생산방식은 크게 알칼라인(Alkaline), 고분자전해질(PEM, Polymer Electrolyte Membrance), 고체산화물(Solid Oxide) 전기분해로 구별된다. 알칼라인방식은 전기분해기술 가운데 가장 오래되고 이미 상업적으로 검증돼 세계적으로 기술의 성숙도 및 경제성 측면에서 안정적인 기술로 평가받고 있다. 또 고분자전해질방식은 효율이 높고 고순도의 수소를 생산할 수 있다. 특히 부하변동에 대한 유연성이 좋아 향후 기술개발에 따른 비용 감소로 알칼라인방식과 동등한 수준의 건설비를 확보할 수 있을 것으로 전망되는 기술이다. 아울러 고체산화물방식은 현재 연구개발 단계로 고온 운전조건으로 인해 적은 전기에너지로 고효율의 물분해가 가능하지만, 추가의 고온열원이 필요해 고온에서 내구성을 가진 전해질이 필요하다.<ref name="김수현">고등기술연구원 김수현 책임연구원, 〈[http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=80674 (기고) 미래 준비하는 기술, Power-to-Gas]〉, 《가스신문》, 2017-11-29</ref> 이러한 수전해기술력 가운데 국내시장에서는 알칼라인방식과 고분자전해질방식의 기술력이 확보됐다. 정부는 에너지전환정책으로 재생에너지 3020 이행계획을 추진하고 있다. 오는 2030년까지 태양광, 풍력을 중심으로 재생에너지 발전비중을 20%까지 향상시킨다는 계획이다. 이 같은 정부정책에 수전해기술이 재생에너지가 갖는 간헐적 출력변화를 보완함과 동시에 생산된 잉여전력 활용으로 수소생산 및 장기간 저장할 수 있다는 장점이 부각돼 화두로 떠올랐다. 이미 독일과 일본은 재생에너지 발전비중이 확대됨에 따라 송전제약과 계통안정성 저하 등 문제가 발생해 이를 해소하는 방안으로 재생에너지와 연계한 수소제조 및 이용방안에 집중적인 투자를 단행하고 있다. 또한 지난 2015년 국제에너지기구(IEA)는 기술로드맵 발표를 통해 수소가 불규칙적이고 변동성이 큰 재생에너지의 전력 저장에 용이하며, 특히 ㎿급 이상의 대용량 에너지저장에서도 수소가 가장 적합하다고 재생에너지와 연계한 수전해기술의 중요성을 밝힌 바 있다. 이러한 선진국 사례를 바탕으로 재생에너지 정책을 펼치는 대한민국도 온실가스저감 및 재생에너지의 간헐적 특성을 보완하면서 청정수소를 생산·저장할 수 있는 수전해기술을 집중 육성해야 한다고 에너지전문가들은 강조하고 있다. 이도 그럴만한 것이 재생에너지 초기 보급단계인 우리나라의 경우 해외선진국과 달리 계통이 고립돼 있고, 부하 공급이 편재돼 있어 재생에너지 보급 시 계통 안정성이 해외보다 더 큰 영향을 받을 수 밖에 없기 때문이다. 이에 정부는 지난 2012년 광역경제권 선도산업육성사업으로 수행된 ‘알칼리 수전해를 활용한 50N㎥급 수소스테이션 개발 및 실증 연구’ 등에 이어 지난 3년간 수전해기술의 원천기술 확보를 목적으로 총 6건의 연구과제를 추진하고 있다. 더욱이 올해 하반기 연구개발과제로 PEM방식 ㎿급 스택개발 과제도 올 연말 착수한다. 수전해의 기술력 난이도가 높은 만큼 원천기술 확보로 보급단계의 기반을 탄탄하게 준비하겠다는 정부의 복안이다.<ref name="남영태"></ref>

튜브 트레일러 방식 수소충전소의 경우 설비와 건축·토목 비용을 합하여 약 27억 원의 구축 비용이 발생한다. 설비 비용(약 16~18억 원)의 60% 이상이 압축기, 고·중압 수소저장용기, 충전기와 같은 핵심부품 비용이다. 현재 국내에 설치된 수소충전소의 핵심 설비는 대부분 해외에서 수입한 제품이다. 연구개발을 통해 핵심 설비의 국산화율을 높이면 수소충전소 구축 비용은 현재보다 낮아질 것으로 예상된다. 정부는 수소 경제 활성화 로드맵을 통해 수소충전소를 구성하는 핵심 부품과 충전 기술 고도화를 통해 2030년까지 수소충전소 국산화율 100%를 달성하겠다고 밝혔다. 아울러 전 세계적으로 수소충전소 수요가 점차 늘어남에 따라 압축, 저장, 가스제어, 냉각장치와 같은 설비를 표준화해 컨테이너 형태로 제품화하는 패키지 충전소와 같은 설계 기술 개발도 이뤄지고 있어 수소충전소 구축 비용은 지속적으로 낮아질 전망이다.<ref name="현대자동차그룹"></ref>

국내에 2020년까지 구축된 수소충전소는 총 63기이다. 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. 복합충전소는 설치부지 확보의 어려움을 해소하고, 구축비용과 구축기간을 줄일 수 있는 가장 현실적인 방안으로 평가된다. 이에 따라 2020년 10월 말 기준 전체 운영중인 수소충전소 52개소 중 복합충전소가 25개에 달한다. 구축사업을 추진하고 있는 수소충전소 136개소 중 66개소도 복합충전소이다.<ref name="이종수">이종수 기자, 〈[https://h2news.kr/mobile/article.html?no=8689 2021년, 수소충전소 구축 가속화 분수령]〉, 《월간수소경제》, 2020-12-30</ref>

정부는 복합충전소를 중심으로 구축 가속화를 위해 다각적인 지원을 아끼지 않을 예정이다. 환경부는 환경부 차관 주재의 범부처 수소충전소 전담조직을 2020년 11월 16일 출범한 바 있다.<ref>김동주 기자, 〈[http://www.mdtoday.co.kr/mdtoday/index.html?no=406287 환경부-정유·가스 6개사, 미래차 충전시설 확대 MOU 체결]〉, 《메디컬투데이》, 2020-11-18</ref> 우선 수소충전소 구축 관련 인·허가권을 기초지자체에서 환경부로 한시 상향하는 방안을 추진하고 있다.<ref>박영민 기자, 〈[https://zdnet.co.kr/view/?no=20201116104230 '범부처 수소충전소 TF' 출범…인프라 구축 속도 높인다]〉, 《지디넷코리아》, 2020-11-16</ref><ref>이정윤 기자, 〈[http://www.bosa.co.kr/news/articleView.html?idxno=2138417 주유소, 미래자동차 충전시설 탈바꿈]〉, 《의학신문》, 2020-11-19</ref> 관련 국내외 폭발사고 이후 안전성에 대한 지역주민의 막연한 불안감이 존재해 양재 충전소와 같이 수소충전소 설치가 가능한 부지임에도 주민민원 발생을 우려한 기초지자체의 소극 행정 등으로 인허가가 지연되는 사례들이 있다. 한시적으로 인허가권을 환경부로 상향하는 특례 규정 개정을 추진하고 있으며, 국회에서 개정안이 발의된 상태다. 환경부가 설치계획을 승인하면 수소충전소 관련 건축허가와 고압가스 제조허가를 의제 적용받는 것으로 할 계획이다. 개정안이 시행되면 법적 요건만 충족한다면 인허가 승인이 가능하기에 불필요한 지연이 없어져 수소충전소 구축이 가속화될 것으로 전망한다. 아울러 주민 수용성을 높이기 위한 지역과의 소통도 다각적으로 진행될 예정이다. 또한 복합충전소 활성화를 위해 그린밸트 내 수소충전소 입지규제도 대폭 완화할 계획이다.<ref>한종수 기자, 〈[https://www.news1.kr/articles/?4122596 전국 주유소, 전기·수소차 충전하는 복합충전소로 변신한다]〉, 《뉴스원》, 2020-11-18</ref> 그린밸트 내 택시, 전세버스, 화물차 차고지에는 수소충전소를 설치할 수 없는데, 개발제한구역법 시행령을 개정해 부대시설로 수소충전소 설치가 가능하도록 규제를 완화하고, 그동안 그린밸트 내 주유소, LPG 충전소 소유자만 수소충전소를 설치할 수 있게 했던 규제사항도 시행령을 개정해 소유자가 아닌 부지 임차인도 수소충전소의 설치를 허용할 예정이다. 이밖에 이격거리 완화, 건폐율 완화 등 민간사업자 및 지자체 등이 제안한 규제사항에 대해서도 검토 후에 완화를 추진할 계획이다. 복합충전소는 아니지만 도심 충전소 구축 활성화를 위해 서울숲, 올림픽공원 등 교통여건이 충분한 도시공원 내 여유부지에도 수소충전소를 구축할 수 있도록 국토부, 산업부 등과 협의할 계획이다. 아울러 그동안 운영적자 발생을 우려해 수소충전소 구축에 소극적이었던 지자체와 민간사업자들의 참여를 유도하기 위해 2021년부터 수소연료 구입비를 한시적으로 지원한다.<ref>문채석 기자, 〈[https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=101&oid=277&aid=0004794310 2025년까지 전기차 750기, 수소차 충전소 114개 구축]〉, 《아시아경제》, 2020-11-18</ref> 그동안 연평균 약 1억 5천만 원의 운영적자가 발생하는 등 사업성 부족으로 민간사업자의 공모사업 참여가 저조했고, 지자체도 지방재정 부담으로 사업에 소극적이었다. 2021녀부터 만성적인 운영적자 해결을 위해 수소충전소에 운영적자의 가장 큰 요인인 높은 수소연료 구입비를 지원하되 상·하한 기준을 두어 적정 수준으로 지원할 계획이다.<ref>이경민 기자, 〈[https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LS2D&mid=shm&sid1=101&sid2=263&oid=030&aid=0002916663 환경부, 내년부터 수소연료 구입비 지원]〉, 《전자신문》, 2020-12-03</ref><ref>김보경 기자, 〈[https://news.v.daum.net/v/20201203121707777 수소충전소 연료구입비 지원..환경부 "평균 9000만원 혜택"]〉, 《아시아경제》, 2020-12-03</ref> 구체적으로는 2020년도 적자가 발생한 수소충전소 운영사업자에게 수소연료구입비와 기준단가 차액의 최대 70%를 지원하고, 지원액이 총 적자의 80%를 넘지 않도록 조정해 사업자 스스로도 자구적인 노력을 하도록 유도할 계획으로, 수소충전소별 지원 수준은 2020년 운영 결과에 따라 세부적으로 정할 예정이다.<ref>송병기 기자, 〈[https://news.v.daum.net/v/20201203165104158 정부, 내년부터 수소충전소 적자 지원..수소연료구입비 차액 대상]〉, 《쿠키뉴스》, 2020-12-03</ref><ref>최정훈 기자, 〈[https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=102&oid=018&aid=0004799885 수소충전소 사업자에 충전소당 9000만원 연료구입비 지원한다]〉, 《이데일리》, 2020-11-03</ref> 수소충전소당 평균 약 9천만 원이 지원될 것으로 예상된다.<ref>김은경 기자, 〈[https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LS2D&mid=shm&sid1=100&sid2=267&oid=001&aid=0012057660 "수소충전소에 연료비 지원해 적자해소"…평균 9천만원 지원예상]〉, 《연합뉴스》, 2020-12-03</ref> 이밖에 버스충전소에만 지원 중인 수소 튜브트레일러 구매비용도 모든 충전소에 지원할 계획이다. 산업부는 한시적으로 2021~2022년간 수소 품질검사 수수료의 50%를 지원하는 방안을 추진하고 있다. 정부는 또 2021년부터 서울, 울산 등 대도심에서 별도 부지확보 없이 충전소를 확장하기 위해 기존부지 내 시설 증설을 지원할 계획이다. 서울의 경우 2021년 국회 수소충전소 증설이 예정되어 있다. 2021년 증설사업 8개소 중 1개소의 사업이 민간보조사업으로 편성되어 있다. 국회충전소가 후보 사업지 중 하나인 것은 사실이나 2021년 초 민간사업자를 고옴해 객관적인 평가를 거쳐 적합한 사업지를 선정해 지원할 계획이다. 한편 정부는 수소차 수요 전망, 교통량, 수소공급시설 유·무, 부지발굴 결과 등을 종합적으로 고려한 수소충전소 배치계획을 수립하고 지역별 적정 물량을 산정할 계획이다. 수소차 보급이 많이 이루어진 주요 도시에 배치 우선 순위를 두는 한편 전국 기초지자체별 최소 1기 이상씩 배치한다는 방침이다. 단기간 내 충전소 구축이 어려운 수도권 등 과밀 지역을 대상으로 이동식 충전소 배치방안도 마련할 계획이다. 2021년 8월부터 대규모 공원, 소도시 등에 이동형 수소충전소 시범보급을 추진할 계획이다.<ref name="이종수"></ref>