| 3차년도 |
- 액화수소 플랜트 관련 조사 - 액화수소 이송시스템 설계- 액화수소 이송시스템 제작 기술 개발 - 액화수소 이송시스템용 배관 설계- 액화수소 이송시스템용 밸브 사양 검토 - 액화수소 밸브 설계 - 초저온(액화수소) 적용 가능 소재별 상온/저온 재료 물성 실험- 액화수소 이송시스템 기자재 적용 소재의 비선형 구성방정식 개발- 액화수소 이송시스템 설계 지원(해석절차서 개발)- 극저온 밸브 관련 국내 외 시험규격 조사- 액화수소 밸브 관련 시험 항목 확인 및 시험방법에 대한 지침서(절차) 도출- 세미나를 통한 액화수소 기자재 관련 규격 조사 내용 정보 교류
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- 액화수소 플랜트 관련 조사 ？ 액화수소 플랜트의 조사를 통한 비즈니스 모델 수립 자료 수집 ？ 액화수소 이송시스템의 주배관(6“) 이외 적용 가능 부분 분석을 통한 규격화 준비 진행- 액화수소 이송시스템 설계 ？ 액화수소의 온도를 고려하여, 전체 요구되는 유량의 분석을 통한 메인 배관의 적정성 분석 ？ 액화수소 이송시스템용 안전시스템 설계 ？ 전체 시스템 요구되는 단열 구조 Concept 설계 및 Guide Line 작성- 액화수소 이송시스템 제작 기술 개발 ？ 액화수소 이송시스템용 소재 분석 내역에 기반한 해당 소재의 WPS/WPQR 작성 및 해당 WPS 시험을 통한 제작 기술 개발 ？ 액화수소 이송시스템의 특성을 고려한 안전 시스템 및 설치 기법 개발 ？ 기존 단열재 시공 기법의 분석을 통한 적정 Layer 및 시공 기법 개발 - 액화수소 이송시스템용 배관 설계 ？ 액화수소의 극저온 환경 및 내압 조건을 고려한 내압구조 설계 ？ 단열재의 배치 및 Support의 수량의 최적화를 통해 내외부 연결부의 최소화 설계 ？ 주 배관에서 요구되는 requirement를 고려한 단열구조 설계 - 밸브의 개발 부품인 body, seat, cage, packing, plug & steam, bonnet & bonnet flange의 선정- 작동 환경 및 작동 유체를 고려한 핵심 부품의 재질 선정- 열처리에 따른 트림의 경도, 강도 확보- 국내외 특허자료 분석 및 형상설계를 위한 아이디어 도출 및 설계- 밸브 작동시의 기밀 유지를 고려한 설계 반영- 예상 취약부 및 구조물 진동의 영향을 고려한 설계 반영- 초저온(액화수소) 적용 가능 소재별 상온/저온 재료 물성실험 ？ 상온/저온 재료 인장실험 실험절차서 개발 ？ 초저온(액화수소) 적용 가능 소재별 상온/저온 재료 인장실험 수행 ？ 상온/저온 재료 인장실험 결과 분석 ？ 실험결과 DB 구축- 초저온(액화수소)에 사용 가능 소재별 상온/저온 물성실험 ？ 액화수소 이송시스템 기자재 적용 소재의 비선형 구성방정식 개발- 액화수소 이송시스템 설계 지원(해석절차서 개발) ？ 이송시스템의 열전달 및 열응력 해석을 수행하기 위한 해석절차 개발 ？ 구조물과 단열재에 대한 열적 물성치 및 구조 물성치 적용(저온 비선형 구성방정식 적용) ？ 액화수송 이송시스템(파이프) 모델링 ？ 액화수송 이송시스템(파이프 및 지지부) 열전달 해석 및 열응력 해석- 국내 외 액화수소 밸브 시험규격 조사 ？ 액화수소 밸브의 주요 시험 항목 확인 ？ 시험 항목별 시험 범위 및 주요 변수 확인 ？ 국내 외 액화수소 기자재 시험소 방문 및 조사 ？ 국외 시험규격에 대한 국문화 작업 ？ 세미나를 통한 조사 내용 정보 교류- 액화수소 밸브 관련 시험방법에 대한 지침서(절차) 도출 ？ 개발 제품의 성능평가를 위한 시험 종류 선정 ？ 시험 항목별 시험 범위 및 주요 변수 선정 ？ 액화수소 테스트 환경 및 조성에 대한 절차 선정
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
- 액화 수소 이송망 건설 관련 핵심 기술 확보로 국제 경쟁력을 강화해야함- 액체 수소 이송용 시스템 제작을 통하여 성능평가, 설계적용 관련 기술개발을 통해 액체 수소 수송망 기술을 확보함으로써 일차적으로 액화플랜트 프로젝트 참여 할 수 있는 기술적 기반을 다질 수 있고, 이롸 더불어 액체 수소 벙커링, 액체 수소 터미널 등 타 유관 산업분야에 응용이 가능함.- 액체 수소 플랜트 건설기술의 기술 선도 및 기술 집약적 고부가가치 기술 개발 체계를 정립, 지속 가능한 성장 동력 기반이 확립이 가능함 - 현재 사용 가능한 파이프 라인은 주로 고압의 기체를 수송하는 배관으로 폭발의 위험성을 가지고 있지만 액체수소는 1bar의 저압이기 때문에 안정성이 높음 - 극저온 단열에 쓰일 고진공 단열, MLI 단열 등은 사용 용도와 비용에 따라 적용 시기가 점점 앞당겨져 현재 극저온 단열 시장에서 우위를 차지할 전망임. - 극저온 액화가스 및 수소에너지의 수요가 증가함에 따라 극저온 단열기술에 대한 산업계의 관심이 늘어나고 있는 상황. 극저온 액화가스의 저장 수송을 위한 저장 용기, 탱크로리, 파이프라인 등의 단열의 수요가 많아지고 관련 BOG 저감 등의 경제성 문제가 커짐에 따라 여러 가지 단열방법에 대한 연구가 필요한 상황임. - 본 과제를 통해 개발기술에 대한 국가표준(KS)을 제안함으로써 국내 기계제조 산업에 기술적 표준을 확립할 수 있는 발판을 마련하고, 향후 국내는 물론 국제 표준에도 국내 기술의 우위성을 확보하고 글로벌 수소 기술을 선점하는 동시에 국내 관련 제품의 성능에 대한 국제적 신뢰성 확보에 기여할 수 있을 것으로 판단
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| 사회 경제적 파급효과 |
- 맥킨지가 발표한 내역에 따르면 수소에너지 수요는 2015년 8EJ에서 2050년 78EJ로 급격히 증가하며, 수소 산업은 연간 2조 5,000억 달러(약 2,800조 원)의 부가가치와 누적 3,000만개의 신규 일자리를 창출할 전망임- 수소 위원회는 전 세계 수소에너지 소요는 2050년 전체 에너지 수요의 18%에 이를 것이라고 밝혔으며, 전 세계에서 경쟁적으로 수소 정책을 추진 중에 있지만 뚜렷한 경쟁우위를 차지하고 있는 나라가 존재하지 않으며, 향후 정책적인 지원을 기반으로 수소 산업이 발전할 것으로 전망됨- 액체수소 이송 시스템 건설기술은 걸음마 단계의 액화수송에 대한 기술에 대한 선점 가능성이 높은 기술임. - 국가의 장기적인 에너지 안보의 측면에서, 수소 에너지가 필요 하고, 이를 위하여 산연이 참여 하여 극저온 소재, 제작, 설계, 평가 등의 관련 기술을 기술개발 함으로써, 단기적으로는 수소 전문 인력을 양성하여 해외 액화플랜트 사업진출에 대비할 수 있고, 장기적으로는 수소 에너지 활성화를 통하여 공용을 촉진하고, 안정적인 에너지 확보를 통하여 국민 삶의 질 향상에 기여 할 수 잇음. - 액체수소 기반인프라 구축 사업을 통하여 취약 부분인 이송 관련 기술개발이 성공적으로 완료 될 경우, 수소 인프라 연관 산업의 동반 성장이 가능하며, 산업 및 시장을 선도 할 수 있음.
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| 활용방안 |
- 본 개발은 액화수소 플랜트의 공정을 개선하는 것을 목적으로 하고 있지만 액화수소의 개발 진행 과정 및 사용의 증가를 고려할 때 현재의 탱크로리를 활용하는 방안이 고안되고 있으나 이는 수소 충전소에 원활한 수소 보급을 위해 진행되는 사항으로 현재의 수소 차 이외 분야의 수소 사용 확대의 따라 더욱 다양한 방식의 요구가 증가할 것으로 판단됨- 수소의 운송 방식은 현지생산, 파이프라인 운송, 도로 및 선박을 이용한 운송으로 분류할 수 있음- 현지 생산의 경우, 부생수소 발생 또는 개질수소 제조 생산지에서 활용하는 형태로 대부분 수소를 소비하는 석유 화학공장이 같이 설치되어 있는 형태- 액화수소의 운송은 도로수송, 선박수송, 파이프수송으로 구분 할 수 있으며, 현재 주력으로 사용되는 방법은 도로수송 방법임- 위의 내역으로 수소운송 기술 인프라는 LNG와 유사한 형태를 보이나, 전국에 수소 배관망이 구축되기 전까지는 기체수소 및 액체수소 운송이 필수- 수소의 이용은 현재 주력으로 개발 중인 자동차 부분을 넘어서 다양한 부분으로 나아가게 될 것으로 기대되며, 이는 단순히 수송 분야만이 아닌 수소가스터빈, 산업용 원료, 우주항공 부분 등에서 다양한 형태로 개발될 것으로 판단됨- 이러한 액체수소기반 인프라 기술의 범위가 커짐에 따라 기존의 운송 방식을 탈피한 대용량의 운송이 요구될 것이며, 본 개발의 결과는 이러한 부분에서 충분히 활용이 가능할 것으로 판단됨- 일본에서는 이에 맞춰 액화수소 운반선 및 액화수소 활용을 위한 로드맵을 준비 중이며 이를 위해 아래 그림과 같은 CO2-Free Hydrogen Chain 등의 목표 달성을 위해 진행 중에 있음- 수소 자동차에 비해 늦은 시기에 개발이 진행되고 있는 수소 선박의 경우 현재의 개발은 주로 선박용 연료전지 및 연료전지를 활용하는 엔진에 대한 부분이 주력으로 진행되고 있으며, 해외에서는 이러한 고압 수소를 활용하는 선박이 실제 해외 운영 사례가 있음- 국내에서는 세계에서 두 번째로 수소연료추진 선박이 개발 진행되었으며, 현재 관련 법규가 존재하지 않아 운항이 진행되지 않고 있으나, 실제 추진 등의 성능 시험이 마무리되어 국내에서도 확대가 진행될 것으로 판단됨- 현재 선박은 IMO 규제에 따라 NOx, SOx 등의 배출에 대한 규제를 받고 있으며, 이러한 규제의 영향으로 기존의 벙커C유를 벗어나 LNG를 활용하는 방식의 선박으로 변화하는 추세에 있음- 위의 경우와 마찬가지로 현재 규제 진행되지 않은 CO2의 배출량에 대한 규제가 시작될 시에 LNG 등 기존의 화석연료로는 이러한 규제사항을 만족하기 어려울 것으로 판단되며, 이런 진행으로 차세대 선박 연료로 수소의 활용이 진행되고 있음 - 수소 선박의 추진 기자재의 개발 및 중소형 선박에 대한 실증이 완료되고 난 후에는 대형 선박의 적용을 위한 방식이 적용이 가능할 것으로 기대됨
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