최근 급변하는 기후변화에 대응하고 탄소중립을 달성하기 위한 친환경에너지에 대한 사용 요구가 증가하고 있으며, 친환경에너지인 수소의 수요는 점진적으로 증가할 것으로 예측되고 있다.

특히, 액체수소는 기체수소의 부피를 약 1/800로 감소시킬 수 있어 최적의 대용량 저장 및 운송 방안으로 알려져 있다. 이에 따라 기체수소를 액화하는 수소액화공정이 반드시 필요한데, 수소액화공정은 일부 선진사가 원천기술을 독점하고 있어 자체 공정 설계기술 개발이 필요한 실정이다.

이에 따라, 순천향대 권휘웅 교수 연구팀은 동국대 박진우 교수, 동아대 구본찬 교수 연구팀과 함께 기체수소를 액체수소로 액화시키기 위하여 다양한 냉매원(LNG, LN2 및 MR 등)을 고려한 고효율의 수소액화공정을 개념설계하고 시뮬레이션을 수행한 연구를 진행해왔다.

연구팀은 개념공정 설계 시 수소의 물성을 정확하게 반영하기 위하여 열역학적 모델링을 수행했으며 LNG 냉열을 활용한 극저온(-253oC)의 최적 수소액화공정을 도출하고, 다른 냉매원에 기반한 수소액화공정들과의 에너지, *엑서지, 경제성 및 환경성 등을 폭넓고 다양한 관점에서 비교·분석했다.

*엑서지(exergy) : 종합적인 에너지의 유효 이용도를 평가하는 데 쓰이는 단위

그 결과, 연구팀은 제안된 수소액화공정의 공정 효율을 향상시키면서 경제성 및 환경성을 확보했으며 제안된 수소액화공정과 생산시설을 연계해 국가별 에너지 정책 및 환경에 기반한 LCOH(Levelized Cost of Hydrogen)를 도출하는 성과를 거뒀다. 

권 교수는 "수소경제를 앞당기기 위해서는 대용량의 수소 저장 및 운송이 요구되며, 이를 해결하기 위하여 LNG 냉열을 이용한 고효율 수소액화공정 개발이 필요하다”라며 "이번 연구로 선진국에 비해 상대적으로 원천기술이 부족한 우리나라에서 기술 국산화를 위한 연구 및 실증을 추진하는 민간 및 정부 이해관계자들에게 인사이트를 제공할 수 있을 것으로 기대된다"라고 밝혔다.

한편, 본 연구 결과는 최근 "4E analysis for a novel cryogenic hydrogen liquefaction process using various refrigerants: Energy, exergy, economic, and environment”이라는 제목으로 국제학술지 Journal of Cleaner Production(IF: 9.7, 2023년 JCR 기준 상위 6.6%)에 게재됐다.