그린 수소 프로젝트 추적: 선전 연구소와 창칭 유전, 석유·가스 폐수 수소 생산 기술 돌파, 100kW 시스템 술리거 가스전에서 60일 이상 안정 가동

중국석유 천연가스공사(CNPC) 안전환경보호기술연구원(선전연구원)과 창칭 유전이 공동 개발한 100kW급 석유·가스 부산 폐수 전기분해 수소 생산 시스템이 중국 최대 매장량의 통합 가스전인 쑤거 가스전에서 60일 이상 안정적으로 가동되었습니다. 이는 중국에서 석유·가스 폐수의 전주기 자원화를 통한 ‘오염 저감 및 수소 생산’의 실험실 연구에서 실제 엔지니어링 응용으로의 결정적인 도약을 의미하며, 석유가스 산업의 친환경 전환과 수자원의 효율적 활용을 위한 혁신적인 기술 경로를 제시합니다.

고염도·고유기오염 물질이 함유된 석유가스 채굴 폐수의 처리 난이도와 비용 문제에 대응하여, 선전연구원 팀은 수년간의 연구 끝에 이극 상승 촉매 이론 체계를 구축하고, 고염도·고오염 환경에서 전극 재료의 안정성 부족이라는 기술적 병목을 극복하는 데 성공했습니다. 프로젝트 팀은 20kW 엔지니어링 프로토타입부터 100kW급 통합 시스템까지 전주기 개발을 완료했습니다. 이 시스템은 생산수, 파쇄액, 회수액, 정제 폐수 등 다양한 처리 시나리오에 호환 가능하며, 해수 및 도시 하수로부터 수소를 생산하는 방향으로 확장될 잠재력도 보유하고 있습니다.

이 시스템은 상압/가압 이중 구성 전해조를 채택한 모듈식 설계를 혁신적으로 도입하여 ‘등급별 처리 - 상승 수소 생산’이라는 기술 경로를 구축했습니다. 상압 사각 전해조 모듈은 자체 개발한 고염·내오염성 전극 재료를 장착하여 폐수의 전기촉매 산화와 친환경 수소의 초기 생산을 동시에 달성할 수 있습니다. 가압 탱크 모듈은 심층 처리 후 얻은 저농도 청정 염수를 원료로 사용하여 고순도 수소를 생산합니다. 현재까지 이 시스템은 5종의 파쇄액 및 회수액과 6종의 가스전 생산수를 대상으로 산업 현장 시험을 완료하였으며, 총 24톤의 폐수를 처리했습니다. 최대 수소 생산 속도는 40 Nm³/h에 도달하였고, 수소 순도는 99.99%로 안정적으로 유지되었습니다. 시스템의 종합 수소 생산 에너지 소비량은 4.5 kWh/Nm³ H₂로 업계 선진 수준을 기록했습니다. 제3자 검출 결과, 처리된 폐수의 화학적 산소 요구량(COD) 제거율이 99%에 달하여, 오염물질의 심층 분해와 청정 에너지 생산의 효율적인 결합을 실현했습니다.

경제성 분석 결과, 녹색 전력 비용이 0.3위안/kWh인 경우 이 기술의 수소 균등화 비용은 약 20.6위안/kg으로, 기존의 ‘폐수 처리 + 별도 수소 생산’ 모델 대비 종합 비용이 25% 절감되어 대규모 상업화의 기반을 마련했습니다. CNPC가 ‘4수 4정’ 원칙을 실행하기 위한 시범 프로젝트로서, 쑤거 가스전에서 이 시스템의 성공적인 가동은 가스전 현장에 청정 수소 에너지를 공급할 뿐만 아니라 석유가스 생산 지역의 ‘폐수 처리 난제와 에너지 공급 부족’이라는 이중 과제를 해결합니다.

선전연구원의 프로젝트 책임자에 따르면, 다음 단계로 메가와트(MW)급 시스템의 개발 및 엔지니어링 검증을 가속화하여 2026년까지 3MW급 시범 프로젝트를 완공할 계획입니다. 목표는 폐수 톤당 처리 비용을 15% 추가 절감하고 수소 생산 에너지 소비량을 4.2 kWh/Nm³ H₂ 이하로 낮추는 것입니다. 이 기술 경로는 향후 창칭 유전, 타림 유전 등 대규모 석유가스 생산 지역에 복제 및 보급될 것으로 전망됩니다. 2030년까지 PetroChina의 유전 및 가스전에서 연간 폐수 배출량을 1,200만 톤 감축하고, 연간 5만 톤 이상의 친환경 수소를 생산하여 연간 65만 톤의 이산화탄소 배출 감축 효과를 거둘 것으로 예상되며, 이는 에너지 산업의 ‘이중 탄소’ 목표 달성에 중요한 기술적 지원을 제공합니다.