[출처=국토교통과학기술진흥원]

 


세계 각국이 고유가 시대의 천연가스 수요에 대비하기 위해 친환경 청정에너지에 집중하기 시작하기 시작했다. 화석연료를 줄이고 수소에너지를 활용하는 것이 이상적인 방법으로 주목받고 있지만, 수소에너지는 많은 연구 기간이 필요하기 때문에 과도기 연료로 천연가스가 각광받고 있다. 이에 세계 각국에서 액화천연가스(LNG) 플랜트 건설투자를 늘리고 있는 가운데, 국내에서 천연가스 액화를 위한 핵심 고효율 열교환기 기술이 개발된 것으로 파악됐다.

천연가스의 이산화탄소 배출량은 석탄과 비교하면 절반, 석유와 비교하면 70% 수준이다. 가채년수는 60년으로 석유보다는 20년이나 길어 중요한 에너지원으로 손꼽히고 있다. 

천연가스는 자연에 존재하고 있으며, 이를 저장해 대량수송하기 위해선 영하 162°C의 초저온 상태로 액화해 부피를 줄이는 LNG 액화 플랜트 과정이 필수다.

LNG 플랜트 산업에서 액화 열교환기는 재액화 기술의 핵심기술 중 하나로 시장의 요구에 따라 컴팩트화, 저온, 고압의 형태로 발전하고 있어 이에 대응하기 위한 특수한 공정, 소재, 기술 개발이 반드시 필요하다. 이에 국내 연구진은 액화 사이클 기초데이터를 활용해 액화 공정의 효율성을 향상시키는데 영향을 미치는 핵심 기자재인 열교환기 개발에 착수했다.

1차년도에는 냉각기용 열교환기에 대한 기본설계, 상세설계, 제작, 실험 등의 조건에 대해 체계적으로 조사했으며 랩스케일급 열교환기에 대한 기본설계를 수행했다. 2차년도에는 랩스케일급 열교환기를 제작하고 성능실험을 통해 냉매간, 냉매와 천연가스 대체물질 간의 전열특성을 파악했다.

3차년도 연구에서는 랩 스케일급 복합구조형 열교환기에 대한 제작과 성능실험을 진행했다. 4차년도에는 한국가스공사에서 연구한 천연가스 신액화공정을 기반으로 테스트베드용 파일럿급 열교환기를 설계했고, 5차년도까지 제작 기반을 완료했다. 6차년도에는 설계된 파일럿급 열교환기, 세퍼레이터, 배관, 콜드 박스를 제작해 한국가스안전공사 검사승인을 받았다.

개발에 성공한 초저온용 열교환기는 LNG 플랜트 시장 외에도 암모니아 등을 생산하는 ‘화공 플랜트’, 알루미늄 소재의 경량성을 활용한 ‘항공 분야’ 및 헬륨을 냉매로 사용하는 ‘초전도 변전소’ 등에도 적용 가능한 기술이다. 

이러한 기술 경쟁력을 바탕으로 전시회 참여 및 자료 제작‧배포 등을 통해 지속적인 홍보활동을 펼친 결과, 화공 플랜트, 조선해양 분야 연구 기관의 실험용 설비 등에 적용할 수 있었다.

연구진은 이러한 실적으로 지속적으로 확보한 덕분에 국내 최초로 상용화에 성공했고, 사업화를 통해 2015년 한 해에만 14억9600만원의 매출을 기록했다.

홍성희 동화엔텍 연구책임자는 "향후 에너지 시장은 친환경적인 LNG가 각광받고 있다"며 "이를 위한 구조와 인프라 확충을 위해 국내서 개발한 LNG 액화 플랜트 기술이 더욱 주목받을 것으로 기대된다"고 말했다.

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