이번 연구 결과는 에너지 분야 세계적 권위의 학술지 《어플라이드 에너지(Applied Energy)》(IF 10.1, JCR 6.2%) 4월호에 ‘액화수소 운반선용 수소를 냉매로 활용한 증발 수소 재액화 시스템의 최적화 및 분석(Optimization and analysis of reliquefaction system utilizing hydrogen as refrigerant for liquid hydrogen carriers)’이라는 제목으로 게재 확정됐다.

이번 연구는 경상국립대와 한국과학기술원(KAIST)의 공동 연구로 수행됐으며, 연구에는 경상국립대 이진광 교수, 지상민 석사과정생과 KAIST 장대준 교수, 최민수 박사과정생이 참여했다.

최근, 수소 에너지는 재생에너지 불균형 해소(PtX)와 이산화탄소 배출 저감을 위한 핵심기술로 주목받고 있다. 특히 액화수소는 기체수소보다 부피를 800분의 1까지 줄일 수 있어 대용량·장거리 수송에 적합하지만, 영하 253℃의 극저온을 유지해야 하며 증발수소(Boil-off Gas, BOG)를 효과적으로 처리하는 것이 중요한 기술적 과제로 떠오르고 있다. 그러나 기존 액화 및 재액화 시스템들은 높은 전력 소모와 복잡한 설계로 효율성과 경제성을 확보하지 못하는 문제를 갖고 있다.

이에 따라 이진광 교수 연구팀은 화물로 운송하는 수소를 냉매로 활용한 역 브레이튼 사이클과 익스팬더 팽창기를 채택한 증발 수소 재액화 시스템을 설계하고 최적화하여 에너지 효율성과 운전 편리성을 개선하는 방안을 제시했다.

연구팀은 유전 알고리즘(GA, Genetic Algorithm)을 활용한 최적화 기법을 적용하여 시스템 에너지 효율을 대폭 향상시켰다. 연구 결과, 최적화된 시스템은 기존 설계 대비 에너지 효율을 40% 개선하고, 엑서지(Exergy) 효율을 66% 향상시킬 수 있음을 확인했다. 또한, 최적 압력 조건을 분석한 결과 수소증발가스 압축 최적 압력이 약 25bara로 나타났으며, 이는 육상 수소액화 플랜트의 수소 압력과 유사해 육상 플랜트 설계 경험을 해상 액화수소 운반선 시스템에도 적용할 수 있음을 시사한다.

이진광 교수는 “이번 연구를 통해 수소증발가스 재액화 시스템을 실현할 수 있는 혁신적인 접근법을 제시했다.”라며 “현재 수행 중인 산업통상자원부의 액화수소 운반선 처리 시스템 기술 개발 과제 및 해양수산부의 액화수소 해상 수입터미널 설계 기술 개발 과제에 이 기술을 적용할 계획”이라고 밝혔다.

또한, “이번에 개발된 기술이 한국형 대용량 액화수소운반선, 액화수소 수입터미널, 액화수소 충전소 등 다양한 수소 분야에 적용되어 에너지 대전환의 핵심기술로 활용될 것으로 기대한다.”라고 덧붙였다.

[뉴스출처 : 경상국립대학교]