지난 2002년 한.일 월드컵을 앞두고 정부는 우리나라를 찾는 각국 선수단과 전세계 외국인들에게 ‘깨끗한 도시’의 이미지를 심어주기 위해 대기오염의 주범으로 꼽히는 경유 시내버스를 친환경 CNG(압축천연가스)버스로 대체하는 사업을 본격 전개했다.
2000년 6월 서울시가 15대의 CNG버스를 도입한 것을 시작으로 운행빈도가 높은 경유버스들이 속속 교체되었으며 최근에는 대도시는 물론 중소규모 지방자치단체들도 CNG버스 도입을 적극적으로 전개하고 있다.
이 결과 올해 9월말 현재 서울 1천7백87대를 포함, 전국에 총 5천4백46대의 CNG버스가 운행중에 있다.
정부는 올해내에 CNG버스 7천4백대 보급을 목표로 하고 있으며 2007년까지 전국 도시지역 경유시내버스 2만여대를 모두 CNG버스로 교체한다는 방침이다.
이같은 CNG버스 도입에 있어 CNG충전소는 가장 중요한 기반시설이자 사업의 성패를 좌우할 핵심시설로 꼽힌다. 연료를 공급해주는 충전소 없이 CNG버스의 도입은 사실상 불가능하기 때문이다.
최근 이러한 CNG충전소와 관련해 변화의 움직임이 일고 있다. 기체 천연가스(NG)를 원료로 사용하는 기존 CNG충전소 대신 LNG(액화천연가스)를 원료로 하는 ‘LCNG(액화압축천연가스) 충전소’가 새로운 기류로 급부상하고 있는 것이다.
[CNG충전소]
현재 전국에 설치되어 있는 CNG충전소는 기존의 도시가스 배관망을 통해 공급받은 기체 천연가스(NG)를 200~250배로 압축한 후 CNG차량에 충전하는 방식이다.
각 가정에서 사용하는 도시가스를 고압으로 압축하여 자동차 연료로 사용한다고 생각하면 이해가 쉽다.
이와 관련 우리나라를 포함한 대다수 천연가스 수입국가들은 배송의 편의성 및 효율성 증진을 위해 천연가스전에서 포집한 상태 그대로의 기체 천연가스가 아니라 이를 액화(液化)시킨 LNG를 선박으로 운송․수입하여 기화(氣化)시킨 후 배관을 통해 공급하고 있다.
즉 CNG충전소에서 사용하는 천연가스는 ‘NG(기체)→LNG(액체)→NG(기체)→CNG(압축기체)’의 변화과정을 거쳐 CNG차량에 최종 충전된다.
[LCNG충전소]
LCNG충전소는 수입된 LNG를 기화시키지 않고 초저온탱크로리를 통해 액체상태의 LNG를 충전소로 공급하는 방식이다. 공급된 LNG는 충전소에 설치된 저장탱크에 보관되며 사용시 기화시켜 차량에 충전하게 된다.
결국 CNG충전소와 LCNG충전소는 충전소로 공급되는 천연가스가 기체상태의 NG인지, 액체상태의 LNG인지의 차이만 있을 뿐 CNG차량에 주입하는 최종단계의 천연가스 형태는 두종류의 충전소 모두 CNG라는 점에서 동일하다.
이는 다시 말해 CNG와 LCNG의 경쟁은 최종 소비처인 CNG차량과는 직접적 연관관계가 없으며 충전소 운영업자(대개 시내버스 사업자)의 입장에서 어떠한 공급방식을 선택하는 것이 효율성과 비용면에서 유리한지에 의해 승패가 결정지어지는 것이다.
한편 한국천연가스차량협회(GVR)에 따르면 2004년 9월 현재 국내에 설치된 CNG충전소는 LCNG․CNG겸용 충전소 1개소를 포함해 고정식 79개소, 이동식 31개소 등 총 1백10개소이다. <그림-1>은 CNG충전소와 LCNG충전소의 CNG생산․충전방식을 비교한 것이다.
[LCNG의 효율성]
CNG충전방식에서 도출된 단점들을 보완하기 위한 개념에서 새롭게 출현한 기술이 LCNG충전소이므로 효율성만을 놓고 보면 LCNG방식이 월등히 앞서 있다는 평가를 받고 있다.
실제로 도시가스 배관을 활용하는 CNG와 달리 LCNG는 탱크로리를 운송수단으로 활용하기 때문에 배관망이 갖추어지지 않은 도서산간지역에서도 아무런 제약 없이 충전소를 설치.운용할 수 있다.
이러한 부지선정의 자유로움으로 인해 사업자들은 민원발생의 소지가 낮은 지역에 충전소를 건설함으로서 안전성과 사업성을 동시에 충족시킬 수 있다.
충전설비와 관련 CNG충전소는 NG를 CNG로 변환시키기 위해 압축설비가 반드시 요구되지만 LCNG충전소의 경우 별도의 압축기를 갖출 필요가 없다. LNG는 NG를 -162℃에서 약 6백배로 압축한 것이므로 상온에서 기화시키면 스스로 엄청난 충전압력을 만들어내기 때문이다.
또한 CNG방식에서는 압축기에 묻은 윤활유가 증발, CNG와 함께 차량에 충전되는 ‘오일 전이(Oil-Carryover)’ 현상이 발생하지만 LCNG의 가압펌프에는 윤활유를 사용하지 않아 오일전이 현상이 없다.
충전효율에 있어서도 CNG는 NG의 압축과정에서 불가피하게 나타나는 온도상승(상온대비 30℃이상)에 의해 CNG의 부피가 팽창하는 반면 LCNG는 상온과 유사하거나 약 10~15℃가량 낮은 온도로 충전되기 때문에 CNG보다 평균 20%이상 많은 가스를 차량에 충전할 수 있다.
특히 CNG충전소의 최대 취약점의 하나로 지적되는 전력소비량의 경우 LCNG는 CNG 대비 약 20%정도의 전력으로 가동돼 충전소 규모에 따라 연간 수천만원이상의 전력비용 절감이 가능하다.
단지 LCNG는 CNG방식에 비해 초기 설비투자비가 많이 들고 LNG운송용 탱크로리를 운용해야하며 국내 관련법규가 아직 완벽히 정비되지 않았다는 사실 등이 단점으로 꼽힌다.
[미국 LCNG 충전소 시장]
LCNG충전소는 LCNG차량의 개발과 활용에 적극적이었던 미국에서 기존 LNG충전소의 활용범위를 넓히기 위한 취지로 개발됐다.
광활한 영토를 보유한 미국은 충분하지 못한 천연가스 배관망을 극복하기 위해 LCNG충전소를 활용했으며 이 과정에서 지난 92년 미국 텍사스州 포드워드 지역에 HydraRig社에 의해 세계 최초의 LCNG충전소가 건설됐다.
이러한 미국의 LNG 및 LCNG충전소 건설은 지난 93년이후 본격화되어 현재까지 총 54개소의 충전소가 건설되었으며 이중 51개소가 가동되고 있다.
특히 세계최대의 LCNG/LNG시장인 북미지역의 경우 Chart(Nexgen)社, NorthStar社 등 2개사에 의해 주도되고 있는데 90년대에는 Chart社가 독주를 펼친 반면 2000년대 들어서는 NorthStar社의 약진이 두드러지고 있는 양상이다.
이는 지난해 Chart社가 부도로 법정관리를 받았던 것에서 알 수 있듯이 2000년대 들어 Chart社가 심각한 자금난 등으로 인해 활발한 사업을 펼치지 못하던 상황에서 NorthStar社가 기존 설비의 단점을 보완해 집중적인 시장공략에 나섰기 때문이다.
구체적으로 92년부터 99년까지 북미지역에 건설된 7개소의 LCNG충전소중 5개소를 Chart社가 담당했지만 2000년 이후에는 16개소의 LCNG충전소중 무려 11개소가 NorthStar社의 기술에 의해 탄생했다.
LCNG에 더해 LNG충전소까지 포함하면 이같은 양사간의 중심이동은 더욱 극명하게 드러난다.
99년까지 Chart社가 8개소, HydraRig社가 2개소, Clean Energy社가 2개소의 LCNG 또는 LNG충전소를 건설한데 비해 NorthStar社 단 1개소의 LNG충전소를 수주하는데 그쳤다.
그러나 NorthStar社는 2000년이후 문을 연 LCNG/LNG충전소 35개소중 24개소(69%)를 건설하며 선두업체로 부상했고 그동안 Chart社의 건설량은 10개소에 머물렀다.
이와 관련 <표-4>와 <표-5> 는 92년이후 양사가 설치한 LCNG충전소의 주요 내역이다.
양사의 LCNG충전소 건설기술을 비교하면 Chart社는 자사의 Thermo Siphon 저장탱크를 이용해 1대의 고압펌프로 CNG를 생산하는 방식이고 NorthStar社는 일반 초저온 저장탱크를 사용하지만 LNG를 고압펌프로 공급하는 다목적 부스트(boost)펌프를 추가로 장착한 다중펌프 방식이다.
먼저 Chart社의 LCNG충전소를 도식화한 <그림-2>을 보면 Thermo Siphon 저장탱크에 저장된 LNG는 고압펌프에 의해 기화기로 투입, 기화되면서 CNG로 바뀐다. 이렇게 생산된 CNG는 프라이오리티 판넬에 의해 상황에 따라 CNG저장탱크로 보내져 저장되거나 곧바로 충전디스펜서로 보내져 차량에 충전된다.
NorthStar社의 경우 보다 안정적인 공급을 위해 LNG저장탱크와 고압펌프 사이에 부스트 펌프를 채용했다는 것이 Chart社의 시스템과 다른 점이다.<그림-3>
이와 관련 업계전문가들은 Chart社의 방식이 소량충전이나 간헐적 충전상황에서는 별다른 물의가 없지만 대량충전 또는 연속충전이 요구될 경우 다중펌프를 사용한 NorthStar社의 방식이 보다 안정적인 것으로 보고 있다.
[국내 LCNG 충전소 시장]
LCNG충전소의 개념이 정립되고 기술개발이 이루어진 시기는 90년대 초반이었지만 국내에서 LCNG충전소에 대해 실질적인 움직임이 나타난 것은 지난 2001년 한국가스공사 연구개발원이 실험용으로 LCNG 설비를 설치한 이후부터이다.
당시 가스공사는 천연가스 배관이 갖추어지지 않은 제주도와 강원도 영동지역에 CNG버스를 공급하기 위한 방법으로 LCNG충전소에 대한 연구를 시작했다.
또한 가스공사는 현행법상 기체상태의 NG(도시가스)는 도시가스사업자를 거치지 않고 직접 최종 사용자에게 판매할 수 없지만 액체인 LNG는 직접 판매가 가능해 LCNG충전소가 공사의 매출증진에 상당한 도움이 될 것이라는 판단도 했을 것으로 보여 진다.
이러한 배경을 바탕으로 올해 1월 대전시 동구 낭월지구의 한 공영차고지에 국내최초의 LCNG충전소가 세워지면서 우리나라에도 본격적인 LCNG시대가 개화(開花)하고 있다.
미국 NorthStar社의 시스템을 도입한 낭월 LCNG충전소는 하루 1백여대의 CNG버스를 충전할 수 있는 3600N㎥/hr의 CNG 생산능력을 갖추고 있으며 오는 2006년까지 충전능력을 하루 2백대 수준으로 확충할 계획이다.
또한 올해 4월에는 가스공사가 강원 동해안 지역 일대에 천연가스 공급을 승인하면서 하루 50대의 CNG버스 충전이 가능한 LCNG/LNG 복합충전소를 설립키로해 향후 도서산간지역을 중심으로 LCNG충전소 건립이 잇따를 것으로 전망된다.
이와관련 지난 9월에는 미국의 다국적 초저온펌프 전문기업인 ACD社가 국내에 자회사(크라이오제닉인더스트리즈코리아㈜)를 설립, 초저온펌프와 함께 LCNG사업에 출사표를 던짐으로서 LCNG충전소 도입이 한층 활기를 띠고 있는 상황이다.
이 회사는 미국 NorthStar社와 기술협정을 체결, 모든 LCNG충전소 관련기술을 이전 받았음은 물론 이미 경기도의 버스운영업체 S社와 2곳의 LCNG충전소 건설을 진행하고 있다.
이 회사의 심봉은 지사장은 “국내 LCNG시장은 초기시장이지만 무한한 가능성을 보유하고 있다”며 “포스코, SK 등이 추진중인 LNG 직도입으로 가스공사의 독점이 무너지면 충전소들은 지금보다 저렴한 가격에 LNG를 구입할 수 있을 것으로 보여 LCNG충전소의 시장환경도 크게 개선될 것”이라고 예상했다.
