최근 수정 시각 : 2024-12-04 10:53:51

수소충전소

주유소 LPG 충전소 CNG 충전소 수소​충전소 전기차 충전소


1. 개요2. 역사3. 연구 분야
3.1. 건설 제원3.2. 건설 가격3.3. 충전 시간3.4. 충전 가격3.5. 안전 여부3.6. 액체 수소
4. 목록
4.1. 관련 법인

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1. 개요

2021년 6월, MBC의 소개 영상
수소충전소(hydrogen station / 水 素 充 塡 所)는 수소를 연료로 쓰는 교통수단의 충전소를 총칭한다.[1]

2. 역사

2006년 8월 25일, 한국에너지기술연구원에 국내 최초의 수소충전소 준공식이 있었다. 19억4천만원이 투입되었고 천연가스 개질 방식을 이용했다. 20N㎥/hr으로 1일 승용차 5대 분량을 생산할 수 있다. #

2007년 9월 13일, GS칼텍스는 연세대학교 신촌캠퍼스에서 수소충전소 준공식 행사를 열었다. 85억원이 투입되었고, 5㎾급 스택파워모듈(SPM)을 이용했다.

2016년 7월, BMW가 프랑스 Total과 함께 유럽에 수소충전소 설치를 시작했다.

2018년 2월 19일, 여주(강릉방향)휴게소에 2018 평창 동계올림픽에 맞춰 수소충전소가 건설되었다. 고속도로 휴게소는 부지 선정에서 자유로운 편이라 도심 충전소보다 인증 및 보급이 수월했다.

2019년 1월 17일, 울산 현대자동차를 방문한 문재인 대통령은 수소충전소를 올해 86개, 2022년까지 310개로 늘려 소비자 편의를 돕는 등 정부가 수소경제의 마중물이 되겠다고 밝혔다.

2019년 4월 12일, 경부고속도로 안성 상,하 휴게소 및 여주(강릉방향)휴게소에 정식으로 수소충전소가 오픈하였다.

2021년 2월, LPG충전소에 수소충전소의 복합설치가 허용되었다. #

2021년 8월, 국내 최초 수소선박용 수소충전소가 설립되었다. 수소선박 문서 참고. #

2021년 9월, 현대자동차가 이동형 수소충전소 'H 무빙 스테이션'을 선보였다. # 2022년 10월에 서울 광진구에 상업화했다. #

2021년 12월, 국토교통부와 한국도로공사는 고속도로 휴게소에 수소충전소 보급을 늘리기로 했다. #

2022년 3월, 동해고속도로 동해휴게소(근덕방향)에 수소충전소가 설치되었다. 맞은 편에 있는 옥계휴게소(속초방향)에는 수소충전소가 들어오지 않았다.

2022년 4월, 대한민국 수소충전소는 167기다.[2]

2022년 6월, 수소자동차 보급은 폭발적으로 늘었지만 수소충전소 보급은 크게 증가하지 못 해 불만으로 나타났다. #

2022년 9월, 국내 최초 수소 열차용 수소충전소가 설립되었다. 수소 열차 문서 참고. #

2022년 10월 27일, 서울 광진구 중곡동에 국내 최초 이동식 수소충전소 ‘H 광진 무빙 스테이션’이 개소됐다. #

2022년 11월, 전주시에 세계 최대 상용차용 수소충전소가 설립되었다. #

2022년 12월, 프랑스 스타트업 NamX가 수소충전이 아닌 탱크교체 방식을 선보였다. #

2023년 1월, 미국 니콜라가 이동형 수소충전소를 선보였다. #

2023년 5월, 대한민국 산업통상자원부가 '수소안전관리 로드맵 2.0'을 발표했다. 2024년부터 지게차·트램·열차·선박 등 다양한 수소모빌리티의 수소충전소 충전을 허용한다. #

3. 연구 분야

3.1. 건설 제원

  • 수소충전소 제원
    • 현대자동차의 H 스테이션 - 25 kg/hr으로, 14시간 운영 시 넥쏘 70대, 24시간 운영 시 넥쏘 120대 충전 가능
    • E1의 Orange Plus - LPG, 전기차 충전소를 겸함

3.2. 건설 가격

  • 비싼 건설 가격
    2020년대 기준 수소충전소 1기 건설에 약 30억원의 비용으로 다른 충전소 대비 상당한 고가이다. #
  • 높은 안전 기준
    안전거리 확보, 자동 감시장치 및 기체 연료를 충전하는 LPG 충전소나 CNG 충전소와 마찬가지로 설치장소 근처에 거주하는 주민들의 반대가 있다. 이 때문에 기존 기체 연료 충전소에서 수소도 제공하는 복합 방식으로 나아가고 있다.

3.3. 충전 시간

  • 빠른 충전 시간
    2018년, 현대자동차에서 공개한 수소연료전지차 ' 넥쏘'는 완전 충전 시간이 5분 내외다. 기존 화석연료 주입시간이 1~2분 내외임을 감안하고 수소차가 실제 주행가능거리 0 km에서 충전하는 경우는 없으니 실 충전시간은 4분 내외로, LPG 자동차나 천연가스버스보다 아주 약간 느리다 싶을 정도로 대단히 빠른 충전 시간이다. 반면 축전지식 전기자동차는 초급속 충전을 지원하는 고급 모델이 아니라면 대부분 30분 이상의 기본 시간에, 보통은 완속 충전에 수 시간 정도가 필요하다.
  • 상황에 따라 다른 충전 시간
    전기자동차에 비해 수소자동차의 가장 큰 장점인 빠른 충전 시간이 현실 운용이 충전소의 상황에 따라 조금 달라질 수 있다. 수소 충전 그 자체만으로는 아무리 길어도 5분 정도면 충분하지만, 미리 탱크 압력에 맞추어 압축해서 저장해놓은 수소가 없으면 압축에 꽤 긴 추가 시간이 소요될 수 있다. 수소 자동차가 사용하는 수소 탱크의 압력인 700~850 bar는 상상 이상으로 높은 초고압이며, 이렇게 초고압으로 수소를 압축하는데도 상당량의 시간과 에너지가 들어간다.[3] 그리고 최근 설치된 수소충전소가 아닌 초기에 설치된 수소충전소의 경우 고압의 수소 충전 이후 충전건이 어는 현상이 있을 수 있어 충전건을 해동하는 시간의 추가로 충전 대기 시간이 더욱 늘어날 수 있다.[4]
    이를 극복하고자 액화수소를 보관하고 필요한 때 기화시키는 방안, 암모니아나 유기화합물(LOHC) 형태로 보관하고 필요한 때 변환하는 방안 등이 연구되고 있다.

3.4. 충전 가격

  • 판매 형태
    타 연료 충전소처럼 충전소마다 비용이 다르다. 2022년 기준 1kg당 7000~9000원 사이 가격이었지만 수소충전소와 수소 유통사업까지 펼치고 있는 부산 대도 하이젠에서 (대표 도경민) 1kg당 12000원 시대를 열었다. 타 기체 연료(LPG, CNG)와 같이 액체처럼 원하는 만큼이 아닌 가득 넣어야만 하며, 정확히는 100% 만충이 아닌 88~96%가 채워진다. 그 뒤 채워진 kg만큼 비용을 지불한다.
  • 수소의 수송비용 (트럭에서 배관으로)
    수소의 충전소 판매 가격은 수소 공장에서 싸게 생산해도 충전소까지 운송이 어려워 가격이 높다. 오프사이트(off-site) 충전소일 경우 가스탱크 로리나 튜브트레일러 등 트럭으로 운반하게 되면 생산/수입지인 울산/여수/인천 항구에서 소비지인 서울/도심까지의 운송비가 원가의 1~2배에 달한다. 튜브트레일러의 경우 40톤 1대당 250~500kg 수송, 즉 승용차 80대어치 밖에 충전하지 못한다. 이에 비해 LNG/LPG 는 통상 탱크로리 대당 20톤 정도 수송할 수 있고 이는 차 1천대를 충전할 수 있는 분량이다. 또한 휘발유주유소 탱크로리는 1회 운행에 3만L 정도로 승용차 500-600대어치임에 비하면, 수소의 운송효율은 1/6~1/7 정도로 상당히 부족하다.
    이에 따라 서울은 서산에서 운송하고 경기도 안산에서는 수소를 직접 생산하고 배관방식으로 연결하였다. 앞으로 파이프 라인을 건설하면 운송 비용은 크게 낮출 수 있어 경기도 안산, 충청도 서산, 창원, 울산 등에서는 도심 내 수소 공급배관을 통해 직접 수소를 공급하여 운송비용 절감, 대형차량에 의한 사고방지 효과까지 누릴 수 있다.
    2022년 기준 국내 수소충전소 대부분은 Off-site 방식이다. 이 때문에 2021년 요소수 대란 때 수소를 나를 디젤 트럭들이 멈추면 수소차들도 멈추게 될 수 있다는 어처구니 없는 우려가 발생하기도 하였다. 이 때문에 유럽의 경우 2022년 1만km 이상의 수소배관을 대륙 차원에서 건설계획을 세웠다.

3.5. 안전 여부

주요 설비의 부품은 각 국가별 설치 기준에 따라 수소가스 검지기, 불꽃(화염) 검지기, 온도/압력센서 및 인터록 안전장치를 충전소에 적용하고 있으며 이를 통해 수소충전소의 안전을 확보하고 있다. 국내 수소충전소 설치는 고압가스안전관리법에 따라 한국가스안전공사의 안전검사를 받고 관할 행정관청의 승인을 받아 설치되고 있으며 안전관리기준은 일본과 유사한 수준이다. 과거 2012년 미국 캘리포니아에서 가스 누출 및 화재 사고 사례가 있었지만 대형 폭발은 없었으며, 부적절한 소재의 밸브가 장착되어 가스 누출이 발생한 것이 원인으로 추정된다. 우리나라는 까다로운 정부 감독 아래 국내·외 인증된 부품만을 사용하기에 동일한 사고가 발생할 가능성은 거의 없다.

전세계 충전소는 1000기에 가깝게 운영 중인데, 프랑스의 경우 에펠탑 인근에 수소충전소가 설치돼 있고 일본도 도쿄타워 옆과 건물 밀집지역에 위치해 있는 등 충전소의 안전성은 우려할 수준이 아니다. 특히 수소충전소는 다른 LPG 충전소나 일반 주유소 대비 훨씬 안전하다. 이는 유증기가 있는 액체 연료 때문이기도 하며 LPG는 공기보다 무겁기 때문에 충전소 주변에 가스가 머무르게 되고 이로 인해 위험성이 훨씬 커진다. 이에 반해 똑같은 기체 연료라도 CNG 충전소나 수소충전소의 경우 유출되더라도 공기보다 가벼워 가스가 금방 흩어져버린다. 즉, 천장 없는 개방된 공간에서는 수소는 매우 가벼워 쉽게 날아가므로 타 연료에 비해서 확실히 안전하다.

그렇지만 공기가 조금이라도 흐르지 않는 장소라면 말이 다르다. 수소 자체적으로 볼 때 폭발성은 LPG나 LNG와는 차원이 다르게 크며 폭발 가능성도 하한 4.9%에서 폭발하는 LPG대비 상한 50%에서 폭발 가능하여 10배나 높다. 설비 안전성이나 충전기 조작성면에서 비슷하지만 초고압을 버텨야하는 수소기체의 특성과 금속에 미치는 화학적효과를 생각해보면 LPG 충전소대비 무조건적으로도 안전하다고는 말하기 어렵다. 따라서 수소가 가벼워서 안전하니 방치수준의 관리를 하는 등의 행동이 매우 위험하다는 것이지, 잘 관리한다면 충분한 안전을 무리없이 쉽게 확보할 수 있다는 것이다.

그런 점을 감안해도 여러 주유소나 충전소가 전국에 산재한 상황에서 주민들이 수소충전소 설치를 기피하는 경향이 있는 것은 수소의 안전성에 대한 홍보가 덜 이루어진 탓이 크기에 관련 주체들의 노력이 필요한 부분이다.

3.6. 액체 수소

2023년 9월 시점 액체수소충전소/기체수소충전소 비율은 미국(87%) 일본(63%) 유럽(12%)임에 반해 한국은 대부분이 고압기체수소충전소다. 수소배관을 통한 전송이 최적이지만, 오프사이트 운영일 경우 액체수소가 4.5배의 저장/수송효율을 가지고 설치부지도 1/10 크기다. 수소자동차가 60만대 이하 보급까진 기체수소충전소의 수소 단가가 싸지만, 그 이상부턴 액체수소충전소의 수소 단가가 저렴해진다. (출처: 국토부, 상용급 액체수소 플랜트 핵심기술 개발)
2023년 기준 기체수소 충전소 액체수소 충전소
면적 28m*15m 6m*3.4m
용량 250kg/day 900kg/day
압력(공급/저장) 200-450 / 200-950 bar 2 / 2 bar
건설비 30억원 60억원
트레일러/탱크로리 가격 1.5-2억원 6.5-7억원
트레일러 1회 운송용량 300kg 3,300kg
트레일러 1회 운송비 2,600원/kg 710원/kg

4. 목록

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4.1. 관련 법인

대한민국의 수소충전소 운영업체들은 다음과 같다. 건설 및 관련 기술업체는 매우 많다.
[1] 즉 수소자동차 충전소 외에도, 수소선박, 수소 열차, 수소비행기의 충전소도 있다. [2] 산업통상자원부 보도자료 참고. 수소 경제 실현에 대한 부가적인 설명도 같이 담겨 있다. [3] 이 점은 고압 수소탱크를 여러게 두어 한탱크가 압력을 회복하는 사이 다른 탱크를 사용하는 방식으로 어느정도 경감이 가능하다. [4] 최근 설치된 수소충전소는 질소나 이중 구성 등을 통해 충전건 해동에 대한 대책을 마련하였다. [5] 현대자동차 및 정유/가스 관련사들. SK에너지, GS칼텍스, S-OIL, 현대오일뱅크, SK가스, E1, 에어리퀴드코리아. [6] 현대 계열(자동차/로템/오일뱅크..)이 건설한 수소충전소를 모두 H 스테이션이라 이름 붙인다.

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