백신 보관부터 데이터 센터까지, LNG 냉열에너지 활용법

송도 국제도시에 새로 건설된 인천신항의 배후단지에 국내 최대 규모의 콜드체인 특화구역이 들어섭니다. 2020년 6월 해양수산부가 냉동·냉장 화물 수요 증가에 대비해 발표한 내용인데요, 2024년까지 물류센터 건립에만 총 4968억 원을 투자하는 대규모 사업입니다. 연간 냉동·냉장 화물 약 29만 톤을 처리할 수 있어 범아시아권 물류 유통의 주도권을 잡는데 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다. 

인천항만공사가 인천신항 배후단지에 조성할 예정인 콜드체인 클러스터의 조감도 © 인천항만공사

LNG 냉열에너지, 어디서 왜 발생할까?

인천신항에 들어설 냉장 시설은 인근에 위치한 한국가스공사 LNG 기지에서 폐기하는 냉열 에너지를 재활용하는 저탄소 친환경 물류단지입니다. LNG 냉열은 영하 162도의 LNG를 0도로 기화할 때 발생하는 에너지로, ㎏당 약 200㎉의 냉열에너지가 발생합니다. 

LNG 냉열은 왜 발생할까요? 우리나라는 외국에서 천연가스를 수입해 사용하는 에너지 수입국이죠. 파이프라인을 통해 육로를 따라 천연가스를 운반하는 미국, 유럽, 러시아와는 달리 우리나라는 오직 해양 운반책에 의지해 천연가스를 수입합니다. 한국가스공사의 LNG 기지가 바다 가까이에 위치한 이유가 바로 여기에 있습니다.

부피를 줄이고 한 번에 많은 양을 운반하기 위해 천연가스는 액화된 상태인 LNG(액화 천연가스)로 들어오는데 이를 기화시켜 사용하는 과정 중에 주변을 차갑게 만드는 에너지, 냉열 에너지가 발생합니다. 영하 162도의 초저온, 초고압의 액체 상태로 탱크에 저장된 LNG는 기화설비를 거쳐 상온(18~20도)의 기체로 바뀌고 도시가스 및 발전연료로 공급됩니다. 이러한 LNG의 특성을 활용해 배관망을 갖춰 초저온의 액체 상태인 LNG를 콜드체인 클러스터에 순환시키면 저렴한 냉열 에너지를 얻을 수 있습니다. 이 냉열 에너지를 효과적으로 활용하는 것이 사업의 핵심인데요, 정부는 LNG 냉열 활용의 필요성을 인지하고 이를 제3차 에너지기본계획에 포함시켰습니다.

냉동·냉장창고의 LNG 냉열이용 시스템 구성도. 인천항만물류센터의 핵심 에너지 절약 기술입니다. 

© 서울대학교 산학협력단

코로나19 백신부터 데이터 보관까지,

활용처 다양한 LNG 냉열에너지

LNG 냉열은 다양한 산업에서 활용할 수 있습니다. 평택 오성 물류단지에 있는 한국 초저온의 LNG 냉열 활용 냉동냉장 물류센터는 한국에서 LNG 냉열을 성공적으로 활용한 사례로 손꼽힙니다. 한국가스공사의 평택 LNG터미널에서 LNG를 기화시킬 때 발생한 냉열 에너지를 공급받아 냉장창고를 운영하고 있으며 초저온 LNG 냉열을 활용해 급속냉동, 저온 보관으로 식품의 신선도를 효율적으로 유지하고 있습니다. 전기냉각식 대비 전기요금은 30%에 불과할 정도로 효율이 뛰어나죠.

LNG 냉열은 코로나19 백신을 안정적으로 보관하는 데도 큰 도움을 줬습니다. 화이자와 모더나와 같은 mRNA 백신은 상온에 노출될 경우 mRNA 분자 구조가 변형되어 효력을 상실하기 때문에 영하 60~80도로 보관하는 것이 바람직한데요, LNG 냉열 활용 초저온 콜드체인을 활용하여 백신을 효율적이고 안정적으로 냉동 및 냉장 보관할 수 있었습니다. 

식품이나 의약품뿐만 아니라 데이터를 보관할 때도 LNG 냉열 에너지를 활용해 에너지 효율을 극대화할 수 있습니다. 한국가스공사는 KT와의 협력을 통해 세계 최초의 LNG 냉열 기반 데이터센터 설립을 추진 중입니다. 데이터센터는 서버를 일정한 공간에 모아서 통합 운영·관리하는 시설로, 수많은 반도체가 작동하면서 발생하는 뜨거운 열을 식히지 않으면 안정적으로 데이터를 보관할 수 없기 때문에 서버실의 온도를 낮추기 위해 대규모 에어컨 장비를 갖추어야 합니다. 온도를 낮게 유지하기 위해 데이터센터 유지 전력의 약 30%를 사용할 정도에요.

따라서 LNG 냉열을 데이터센터 적정 온도 유지에 활용하면 연간 약 60%의 냉방 소모 전력을 절감할 수 있을 것으로 기대됩니다. 예를 들어 KT 용산 데이터센터와 같은 대형 데이터센터는 냉방을 위해 하루에 약 250㎿h의 전력을 사용하고 있는데, LNG 냉열 활용 냉방 시스템을 구축하면 하루에 최대 약 150㎿h의 전력을 아낄 수 있습니다. 서울에 거주하는 약 3만 가구가 사용하는 전력량을 아끼는 셈이죠.

벨스타 슈퍼프리즈의 한국법인 주식회사 한국초저온이 경기도 평택 오성산업단지 내에서 운영하고

있는 세계 최초의 에너지자립형 초저온 복합물류센터. © SK㈜

LNG 냉열 에너지로 콜드체인 물류센터를 움직인다

인천신항에 새로 설립하는 콜드체인 물류센터는 한국가스공사 LNG 기지와의 거리가 매우 가까워 보다 효율적으로 냉열 에너지를 활용할 수 있습니다. 전기를 사용해 영하 100도의 저온을 얻는 냉동기기를 LNG 냉열로 대체하면 영하 100도까지 도달하는 시간이 짧고, 전기 사용량이 50~70% 감축되며, 급속 냉동 효과도 뛰어납니다. 냉동기, 응축기, 냉동탑을 설치하는 건설비, 냉동기를 유지 보수하는 운영비를 절감할 수 있는 건 덤이구요. 

여기에 더해 LNG가 기화될 때 600배로 팽창되는 에너지로 가스터빈을 돌려 전기를 얻는 냉열 발전도 할 수 있습니다. 이렇게 생산한 전기를 사용해 냉동창고를 유지하는데 필요한 에너지를 보충할 예정입니다. 

또한 LNG는 액화 과정에서 분진, 유황, 질소 등의 불순물을 제거되며, 공해물질이 거의 발생하지 않는다는 장점도 갖고 있습니다. 그냥 버리기에는 너무 아까운 에너지 LNG 냉열 에너지, 인천신항 콜드체인 특화구역이 LNG 냉열 에너지 활용의 새 지평을 열어주길 기대해봅니다.