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화학신소재공학부 이철진 교수 연구팀, 수소 공급망 최적 설계 기술 개발

관리자 2022-01-21 조회수 4,890

 

사진설명. 윤하준 석박사 통합과정(제1저자), 서승권 박사과정과 이철진 교수

 

 

 

화학신소재공학부 이철진 교수(지도교수, 지능형에너지산업학과)와 윤하준 석박사 통합과정(제1저자), 서승권 박사과정이 수소 공급망 전과정에 대한 최적 설계 기술을 개발했다.


탄소 중립을 위해서 청정에너지인 수소에 대한 관심이 커지고 있고, 수소를 활용하기 위해서는 수소의 전체 공급망에 대한 인프라 구축이 필수적이다. 그러나, 초기에는 수소 수요가 적고 공급망에 대한 기반시설이 부족해, 초기 투자비가 높아 수소 가격이 높다는 문제가 있다. 

 

 

 

사진 설명. 수소 공급사슬 초구조


연구팀은 기존 인프라를 활용한 수소 공급망 설계를 고려하였다. 수소는 석유화학공정의 부산물로 생산되며, 이러한 부생수소는 개질 수소 혹은 수전해 수소에 비해 저렴하지만, 연간 생산량은 제한되어 있다. 또한, 기존에 천연가스 배관이 매설된 국가의 경우, 이 배관으로 수소를 운송하여 비용을 낮출 수 있지만, 안전성 때문에 천연가스 배관에 수소를 일정량 이하로 섞는 것이 권장된다.

연구팀은 초구조 최적화 방법을 통해 수소 공급망 인프라의 최적 옵션을 선택하는 공급망 설계 전략을 제시하였다. 특히, 한국의 지역적 특성을 반영하여, 시기별로 최적화된 수소 생산방법, 생산량, 생산위치, 운송수단, 운송량 등을 계산하였다.

 

 

 

 

사진 설명. 부생수소와 천연가스 배관망 사용시 수소 인프라 최적 옵션


이번 연구성과에 따르면, 부생수소만을 사용할 경우 경제적인 효과가 잘 나타나지 않으나, 천연가스 배관망을 활용하게 되면 수소 이송의 인프라 비용이 대폭 절감되고, 수소 생산설비를 중규모로 분산 배치함으로써 전체 공급망 구축비가 감소한다.

이철진 교수는 “수소 수요량이 급증하게 되는 2030년 이후에는 부생수소를 수소저장소로 이송하는 인프라를 도입해야 하며, 2040년 이후에는 중규모 수소 생산설비를 분산 배치함으로써 전체 수소 공급망 비용이 감소하여 지속가능한 수소 사회를 이룰 수 있을 것”이라고 말했다. 연구팀은 중앙집중형 수소저장소를 도입한 공급망 최적화 모델을 통해 전체 비용을 낮추는 연구성과를 도출한 바 있다(Applied Energy, 2020, 인용지수 9.746).

 

 

 

 

사진 설명. 시기별 수소 생산 및 변환공정의 최적 옵션 및 생산량 


이번 논문 ‘천연가스 배관망과 부생수소를 활용한 수소 공급망의 다주기 최적화 (Multi-period Optimization of Hydrogen Supply Chain Utilizing Natural Gas Pipelines and Byproduct Hydrogen)’은 녹색 및 지속가능한 과학 및 기술분야 저명 학술지 (2020 인용지수 14.982) 의 2022년 4월호에 게재되었다. 

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