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• [전문가논단] 기존 인프라 활용 수소 확대 대안 ‘도시가스 수소혼입’

  송고일 : 2026-01-05
  
  ▲ 양윤영 한국가스안전공사 안전기준처장.

  [에너지신문] 전세계는 기후변화 대응과 에너지 안보 강화를 위해 화석연료 중심의 에너지 체계를 청정에너지 기반으로 전환하고 있다. 특히 수소는 청정에너지원으로써 이 전환의 핵심으로 자리매김하고 있다.

  우리나라도 시대흐름에 맞게 2050년 탄소중립 목표 달성을 위해 수소경제 활성화에 전력을 다하고 있으며 그중에서도 ‘도시가스 수소혼입’은 기존 인프라를 활용해 수소 수요를 단기간에 확대할 수 있는 가장 현실적이고 효율적인 방안으로 주목받고 있다.

  수소혼입은 기존 도시가스에 일정 비율의 수소를 혼합해 공급하는 방식이다.

  이는 기존 도시가스 인프라를 효율적으로 활용하면서도 탄소배출을 즉각적으로 줄일 수 있는 방안으로 주목받고 있다. 하지만 수소는 도시가스의 주성분인 메탄에 비해 분자 크기가 작고 가벼우며 연소속도가 빠른 특징이 있기 때문에 혼입 시 고려해야 할 사항이 다수 존재한다.

  또한 현행 도시가스사업법상 △수소혼입 행위 및 △혼입시설 설치를 금지하고 △수소를 포함한 기타 가스는 1% 이하를 유지토록 규정하고 있기 때문에 도시가스에 수소를 혼입하기 위해서는 법령의 개정 또한 필요하다.

  ■ 수소혼입 기대효과

  도시가스에 수소를 혼입함으로써 얻을 수 있는 기대효과는 크게 두 가지다.

  먼저 온실가스 감축 효과다. 연간 도시가스 사용량 기준을 4000만톤으로 계산했을 때 연간 이산화탄소 배출량은 1억 1000만톤이다.

  이때 수소 20% 혼입 시 약 765만톤의 이산화탄소를 감축할 수 있는 것으로 예상되며 이는 기존 대비 약 7%에 해당하는 수치이다.

  두 번째는 도시가스 배관을 활용, 전국에 수소혼입가스를 공급함으로써 수소경제 활성화에 기여할 수 있다.

  2024년 기준 전국에 설치된 수소배관은 250km에 불과한 반면 도시가스 배관은 5만 2800km에 달하며 도시가스 보급률은 전국 평균 약 86%로 우리나라 대부분의 지역에 도시가스가 공급되고 있다. 따라서 도시가스 배관을 활용한다면 전국 대부분의 지역에 수소를 보낼 수 있으며 수소 20% 혼입 기준 연간 107만톤의 수소를 도시가스 배관을 통해 공급할 수 있을 것으로 예상된다.

  
  ▲ Pilot 설비구성 개략도.

  ■ 수소혼입 해외동향

  해외에서도 수소혼입 연구와 실증이 활발하게 이뤄지고 있다. 대표적으로 영국에서는 ‘HyDeploy Project’를 통해 2019년 Keele 대학교 수소 20% 혼입 실증을 진행했고 2021~

  2022년 Winlaton 지역 668가구를 대상으로 수소 20% 혼입 실증을 진행하는 등 우리나라보다 한발 앞서 수소혼입 실증을 진행한 바 있다.

  호주의 South Australia 주에서는 2021년 700가구를 대상으로 수소 5% 혼입가스를 공급하고 있고 지난 2024년부터는 대상을 3700가구로 확대하고 수소 혼입 비율도 10%로 늘리는 등 실제 수소혼입 가스를 공급하고 있다.

  또한 캐나다에서는 현재 알버타(Alberta) 주의 2100가구 대상 수소 5% 혼입 가스를 공급하고 있고 온타리오(Ontario) 주의 3600가구를 대상으로 수소 2% 혼입가스를 공급하는 등 세계적으로 수소혼입 실증 뿐만 아니라 실제 혼입가스 공급이 진행되고 있다.

  ■ 도시가스 수소혼입···안전성 검증 R&D 개요

  도시가스 수소혼입 안전성 검증을 위해 지난 2021년 10월 수소혼입계획 초안이 도출됐고 이듬해 11월 발표된 ‘제1차 수소경제 기본계획’에 수소혼입 내용이 포함됐다.

  이후 업계 간담회 등 의견수렴 절차를 거쳐 2022년 한국가스안전공사에서는 ‘도시가스 배관 수소혼입 기본계획’을 수립했고 2023년 4월 가스안전공사를 총괄주관기관으로 하고 22개 기관이 참여하는 ‘도시가스 수소혼입 안전성 검증 R&D’(수소혼입 R&D)가 본격화됐다.

  수소혼입 R&D는 배관재료, 연소기, 핵심부품, 내구성검증 4개 분야로 구성돼 있으며 주요 연구내용은 아래와 같다.

  ■ 수소혼입 진행현황

  수소혼입 안전성 검증을 위해 2023년 수소혼입 시험설비의 기본 개념설계가 이뤄졌고 2024년부터 시험설비의 발주가 진행돼 일부 설비의 구축이 완료됐다.

  연소기 분야의 경우 지금까지 가스레인지, 가스오븐레인지, 가스쿠킹테이블, 가스오븐, 가스밥솥, 가스의류건조기, 주택용가스보일러 등 가정용 가스기기 7종과 상업용가스보일러, 3단 취반기, 가스튀김기, 가스식기세척기 등 상업용 가스기기 4종에 대해 수소혼입 단계별(5, 10, 15, 20vol%) 시험이 완료됐다.

  
  ▲ 층분리 실증설비.

  모든 수소 혼입량 조건에서 CO, CO₂가 감소하는 경향을 보였고 열효율의 경우 유의미한 변화는 없는 것으로 확인됐다.

  또한 사용성능 시험 결과 모든 수소 혼입 조건에서 KS 기준을 만족하는 것으로 나타났고 연소상태의 경우에도 양호함을 확인했다.

  핵심부품 분야의 경우에는 현재 가스계량기의 수소혼입 조건에서 평가를 위한 장치를 개발했고 신품과 사용품(1~5년), 수리후 재검정품 등 16가지 타입의 계량기에 대해 수소 혼입 단계별(5, 10, 15, 20vol%) 시험을 진행하고 있다.

  또한 폴리머 소재 3종의 수소 환경 인장시험, 경도시험 등을 진행했고 수소 장입 전후로 유의미한 차이가 없는 것을 확인했다.

  배관재료 분야의 경우 30년 이상 노후 도시가스 배관의 수소 환경에서 모재부‧용접부의 인장시험, 파단면 분석을 진행했다.

  그 결과 배관 기준인 KS D 3631을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 이외에도 가스안전공사 에너지안전실증연구센터 부지 내 도시가스(주성분 메탄)와 수소의 밀도 차이에 의해 가스 간 분리되는 수직배관 층분리 현상에 대한 실증 설비 구축을 완료했고 올해부터 실증에 들어갈 예정이다.

  가스안전공사는 수소혼입 성과확산과 의견수렴을 위한 활동도 지속적으로 진행해 왔다.

  먼저 해외의 수소혼입 사례조사를 위해 북미(미국, 캐나다), 유럽(영국, 네덜란드, 프랑스, 독일), 호주 등 선행 연구소와 정부기관 등을 방문해 설비 벤치마킹을 진행했고 캐나다 Enbridge사와 상호간 정보제공 및 비밀유지 계약을 체결하는 등 지속적 교류를 위한 기반을 마련했다.

  또한 수소혼입 고압분야를 담당하고 있는 한국가스공사와 업무협약(MOU)를 체결해 수소혼입 R&D 진행 간 상호 업무교류를 진행하고자 했고 매년 수소혼입 수요기관 협의체, 도시가스사 수소혼입 설명회 등을 개최하며 유관업계 의견수렴을 꾸준히 진행하고 있다.

  ■ 수소혼입 향후 계획

  올해에는 연료전지, CNG충전소, 호스, 퓨즈콕 등 도시가스를 사용하는 가스기기·설비·부품류에 대한 안전성 검증을 마무리할 예정이다.

  또한 도시가스 전주기를 본뜬 모사설비(Pilot 설비)를 에안센터에 구축 중으로 내년 1월 준공이 완료되면 6개월 이상 장기간 수소혼입 가스 환경에서 연소기류, 부품류, 도시가스 배관 등의 내구성 시험을 진행하고 시험결과를 바탕으로 수소혼입 도입을 위해 KGS Code, KS 등의 개정이 필요할 경우 개정안을 도출할 예정이다.

  출처 : 에너지신문(https://www.energy-news.co.kr/)