수소 배관망 구축의 기술적 과제와 현재 진행 상황

 

서론: 수소 배관은 단순한 '파이프'가 아닙니다

수소 경제의 시대가 다가오고 있습니다. 많은 분들이 수소차, 수소 발전소, 수소 연료전지와 같은 최종 소비 기술에 주목하고 있지만, 사실 이보다 더 중요하면서도 덜 주목받는 요소가 하나 있습니다. 바로 ‘수소 배관망(Hydrogen Pipeline Network)'입니다. 수소를 생산하고 저장하는 기술은 상당히 발전했지만, 그것을 안전하고 효율적으로 이송하는 시스템 없이는 수소 경제가 실현되기 어렵습니다. 이는 전기나 천연가스처럼 일상적으로 활용되는 에너지원이 되기 위해 반드시 넘어야 할 ‘인프라의 벽’이라 할 수 있습니다.

수소는 다른 가스와 달리 분자 구조가 작고, 확산성이 강하며, 금속과 반응해 쉽게 취약성을 일으키는 특성이 있습니다. 그렇기 때문에 기존 천연가스 배관망을 그대로 활용하기에는 기술적인 제약이 큽니다. 이에 따라 각국은 새로운 수소 전용 배관을 구축하거나, 기존 배관을 수소 혼입에 적합하도록 개조하는 작업을 시도하고 있습니다. 이 글에서는 수소 배관망 구축에 필요한 기술적 도전과제들과, 한국을 비롯한 주요 국가에서 실제로 어떻게 사업이 진행되고 있는지 상세히 살펴보겠습니다.

수소 배관망이 어려운 이유 – 기술적 과제들

수소 배관망을 구축할 때 가장 먼저 부딪히는 문제는 바로 금속 취성(Hydrogen Embrittlement)입니다. 수소는 매우 작은 분자 구조를 가지고 있어서 강철이나 기타 금속에 침투해 내부 조직을 약화시키는 경향이 있습니다. 이로 인해 배관이 오랜 시간 수소에 노출되면 미세 균열이 발생하거나 심할 경우 파손까지 이어질 수 있습니다. 따라서 기존 천연가스용 배관 재질을 그대로 사용할 수 없고, 수소 전용 합금 재질이나 내수소성 소재로의 전환이 필수적입니다.

두 번째 기술적 도전은 기밀성과 누출 관리입니다. 수소는 공기보다 훨씬 가볍고, 분자량이 작기 때문에 아주 작은 틈으로도 쉽게 새어나갑니다. 이러한 특성 때문에 용접 부위, 밸브 연결부 등에서 누출 사고가 발생할 가능성이 매우 높습니다. 따라서 수소 배관을 설계할 때는 초정밀 용접 기술, 다중 밀폐 구조, 실시간 감지 센서 등 다양한 안전장치를 포함해야 합니다.

또한, 수소는 폭발 범위가 넓고 착화 에너지가 낮기 때문에, 누출이 발생할 경우 단시간 내에 큰 사고로 이어질 위험도 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 배관 내부 압력 조절, 정전기 방지 설계, 화염 감지 및 차단 시스템이 필수적으로 적용되어야 합니다. 이러한 기술들이 모두 고도화되어야만 수소를 대규모로 이송할 수 있는 배관망이 구축될 수 있습니다. 지금까지의 에너지 인프라와는 전혀 다른 접근이 필요하다는 점에서, 수소 배관망은 단순한 ‘파이프라인’이 아니라 복합적인 첨단 시스템이라고 볼 수 있습니다.

 

한국의 수소 배관망 현황과 시범 사업

우리나라에서도 수소 배관망 구축을 위한 움직임이 활발하게 이뤄지고 있습니다. 특히 산업통상자원부는 ‘수소 산업 밸류체인 구축 로드맵’을 통해 수소 생산기지와 수요처를 연결하는 배관 시스템 개발을 중점 과제로 삼고 있습니다. 2025년까지는 약 200km 규모의 배관망을 시범적으로 설치하고, 이를 기반으로 2035년까지 전국적으로 확장한다는 계획을 수립한 상태입니다.

대표적인 사례로는 울산-미포국가산업단지 간 수소 배관 시범 구축 사업이 있습니다. 이 프로젝트는 석유화학 공정에서 발생하는 부생수소를 인근 연료전지 발전소 및 수소충전소에 공급하기 위한 것으로, 약 40km 정도의 배관이 건설 중입니다. 이 배관에는 내수소성 강관과 누출 감지 센서, 압력 자동 조절 시스템이 탑재되어 있어 기술적으로 매우 진보된 설계를 적용하고 있습니다. 울산시는 향후 이 배관을 인근 도시까지 확장하여 ‘수소 특화 도시’로 성장하겠다는 목표를 세우고 있습니다.

또한 한국가스공사(KOGAS)는 기존 천연가스 배관의 수소 혼입 실험도 병행하고 있습니다. 수소 혼입률 10~20% 수준에서는 기존 배관을 그대로 활용 가능하다는 실험 결과가 도출되었으며, 일부 지역에서는 실제 시범 운전을 통해 테스트 중입니다. 이와 함께 정부는 수소 배관에 대한 안전 인증 체계와 기술 표준화 작업도 병행하고 있어, 향후 상용화 기반이 점점 다져지고 있는 모습입니다.

 

해외 사례 – 유럽의 수소 파이프라인 전략

해외에서는 유럽을 중심으로 수소 배관망 구축이 상당히 빠르게 진행되고 있습니다. 특히 독일, 네덜란드, 벨기에 등 북유럽 국가들은 유럽연합(EU) 차원에서 수소 슈퍼그리드 구축을 목표로 대규모 투자를 진행 중입니다. 이들은 기존 천연가스 배관을 최대한 재활용하면서도, 그린수소 전용 배관망을 추가적으로 설치하는 ‘하이브리드 방식’을 채택하고 있습니다.

가장 대표적인 프로젝트는 독일의 ‘H2ercules 프로젝트’입니다. 이 사업은 2030년까지 독일 전역에 걸쳐 약 1,500km 이상의 수소 배관망을 구축하여, 산업단지와 항만, 수소발전소, 저장소를 하나의 네트워크로 연결하겠다는 야심찬 계획입니다. 특히 이 배관은 재생에너지로부터 생산된 그린수소만을 운송하게 되어, 탄소중립 목표 달성에 매우 직접적인 기여를 하게 됩니다. 여기에 더해 독일은 노르웨이와의 해저 수소 파이프라인 구축 협약도 체결하여, 해외에서 수입한 청정 수소를 안정적으로 국내에 공급할 계획도 세우고 있습니다.

네덜란드의 경우, 가스유통회사인 ‘Gasunie’가 주도하여 국가 수소백본(H2 Backbone) 프로젝트를 진행 중입니다. 이 프로젝트는 약 4,000km에 달하는 배관망을 구축해, 유럽 내 수소 허브 역할을 맡겠다는 목표를 가지고 있습니다. 흥미로운 점은, 이 모든 계획이 단일 국가 차원이 아니라 EU 전체의 통합 전략에 따라 움직이고 있다는 것입니다. 이처럼 유럽은 기술적 장벽뿐 아니라 제도적, 정책적 조율을 통해 수소 배관망을 ‘공공 인프라’로 받아들이고 적극적으로 투자하고 있습니다.

 

결론: 수소 배관망은 미래 에너지 전쟁의 관건입니다

수소 경제를 현실화하기 위해서는 무엇보다 수소를 안전하고 효율적으로 전달할 수 있는 배관망이 필수적입니다. 지금까지는 수소 생산과 활용에 초점이 맞춰져 있었지만, 수소가 본격적으로 전국 단위로 활용되기 위해서는 수소 고속도로라 불리는 배관망이 완성되어야 합니다. 이는 단순한 기술이 아닌, 국가 에너지 체계의 근간을 바꾸는 중대한 작업이라 할 수 있습니다.

한국은 현재 울산과 수도권 일부 지역에서 시범 배관망 구축이 진행 중이며, 이를 점차 전국으로 확대해나가려는 전략을 가지고 있습니다. 하지만 여전히 수소 생산지와 수요처 간 거리가 멀고, 민간 기업의 참여가 제한적이라는 점에서 정책적 지원과 인센티브가 더욱 강화되어야 합니다. 동시에, 수소 배관에 특화된 인력 양성, 안전 기준 확립, 지역 간 협력 모델도 함께 고려되어야 합니다.

글로벌 경쟁 속에서 수소 인프라 구축은 단순한 기술 경쟁을 넘어서 에너지 주권 확보와 산업 패권 장악의 문제로 이어지고 있습니다. 한국이 수소 강국으로 도약하기 위해서는 수소차, 발전소 못지않게 배관망 같은 보이지 않는 핵심 인프라에 더 많은 관심과 투자를 집중해야 할 시점입니다.