해외 LNG 액화플랜트 사업 추진 국내 기업 고려 사항은?

(조세금융신문=김필주 기자) 알래스카 LNG 프로젝트 주관사인 글렌파른이 연내 프로젝트와 관련해 FID(최종 투자 결정)를 완료할 방침이라고 최근 밝힘에 따라 우리 기업들 역시 해당 프로젝트 참여 여부에 대한 검토에 착수한 것으로 전해졌다.

실제 포스코인터내셔널은 우리 기업 중 최초로 지난 11일(현지시간) 가스텍 에너지 콘퍼런스가 열린 이탈리아 밀라노에서 글렌파른과 ‘알래스카 LNG 프로젝트 개발을 위한 전략적 파트너십 추진 합의서’에 서명했다.

포스코인터내셔널은 자체적으로 알래스카 LNG 프로젝트에 대한 사업 타당성 검토에 착수한 뒤, 추후 도출한 종합 결과를 바탕으로 이사회에서 최종 프로젝트 참여 여부를 결정한다는 계획이다.

이 같은 상황에서 그간 해외 대형 플랜트 EPC(설계·시공·조달) 수행 이력을 갖춘 국내 건설사들도 알래스카 LNG 프로젝트에 많은 관심을 보인 것으로 전해졌다. 알래스카 LNG 프로젝트를 비롯한 LNG 산업의 경우 액화플랜트 사업이 전체 사업비 중 약 30~45%에 해당하는 대규모 비용이 투입되기 때문이다.

하지만 우리 기업들이 LNG 액화플랜트 사업을 추진하기 위해선 글로벌 LNG 라이센서(Licensors)와의 협력 관계가 필수적이다. 이는 일부 글로벌 LNG 라이센서만이 액화플랜트의 원천 공정기술을 보유해서다. 즉, 글로벌 LNG 라이센서 허락 없이는 액화플랜트 EPC 사업 참여 자체가 불가능하다.

현재 글로벌 LNG 라이센서의 시장 점유율은 ‘에어 프로덕츠(Air Products)’가 압도적 우위를 차지한 가운데 ‘코노코필립스(ConocoPhillips)’, ‘린데(Linde Plc)’, ‘쉘(Shell)’, ‘기타 라이센서’ 등이 뒤를 잇고 있다.

이들 글로벌 LNG 라이센서는 치요다(Chiyoda), KBR, Bechtel 등 미국·유럽·일본의 소수 EPC 업체와 지난 2000년부터 카르텔을 강하게 형성해 독과점 고수익을 실현 중이다. 한 업계 관계자는 “국내 EPC 기업이 그동안 여러 해외 LNG 액화플랜트 프로젝트에서 원청 EPC로 참여한 바 있다”며 “하지만 핵심 공정인 액화 부분의 실적이 부족해 북미·일본 등 글로벌 주요 EPC사와의 협업이 필수”라고 강조했다.

그러면서 “주요 EPC사와의 협업을 통해 작업 범위(Scope of Works) 내에서 조금 더 핵심에 근접한 업무를 받기 위해 노력하는 것이 중요하다”며 “주요 EPC에 이어 글로벌 LNG 라이센서와 긴밀한 협력 관계를 구축한 뒤 사업 기회를 창출하는 것이 바람직하다”고 덧붙였다.

한편 시장조사기관 마켓리서치퓨처(Market Research Future)는 최근 ‘Liquefied Natural Gas Market Forecast 2024~2032’ 보고서를 통해 글로벌 LNG 시장이 오는 2032년까지 연평균 4.8% 성장해 총 1,159억 4,500만 달러 규모에 이를 것이라고 전망했다.

이와 함께 IEA(국제에너지기구)도 ‘Gas Market Report Q3-2025’ 보고서를 통해 올해 전 세계 가스 수요가 전년 대비 1.3%가량, 2026년에는 2%가량 각각 증가할 것이라고 내다봤다. IEA는 캐나다, 카타르, 미국 중심으로 전 세계 LNG 공급 규모가 7%(400억㎥, 2,940만 톤) 증가하고, 이 같은 공급 확대 및 가격 안정화 여파로 아시아 지역의 LNG 수요가 늘어날 것이라고 예측했다.

에어 프로덕츠 개발 ‘C3MR’ 공정, 전 세계 LNG 액화플랜트 60%가 채택

‘Air Products’가 보유한 C3MR(Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant) 공정은 전 세계 LNG 액화플랜트가 가장 많이 채택(약 60%)한 공정기술로 ▲높은 에너지 효율 ▲안정적인 운전성·신뢰성 ▲넓은 점유율에 따른 기술지원 및 운전 노하우 보유 등의 장점을 갖추고 있다.

C3MR 공정은 1단계로 순수한 프로판을 냉매로 사용해 천연가스를 영하 33°C~40°C까지 예냉(Pre-cooling)한다. 이어 예냉된 천연가스는 2단계로 이동해 혼합 냉매(Mixed Refrigerant, MR)에 의해 액화된다. 이 혼합 냉매는 질소(N₂), 메탄(C₁), 에탄(C₂), 프로판(C₃) 등 여러 탄화수소와 불활성 기체를 특정 비율로 혼합했으며, 혼합 냉매는 천연가스를 극저온(-160°C 이하)까지 냉각시켜 액화시킨다.

특히 혼합 냉매는 다양한 온도 범위에서 열을 흡수할 수 있는 최적의 열역학적 특성을 갖고 있다. 혼합 냉매는 천연가스의 냉각 곡선과 냉매의 증발 곡선을 더 가깝게 조정해 열교환기의 효율을 높이고 에너지 소비를 줄이는 효과를 일으킨다.

따라서 혼합 냉매의 조성을 조절해 특정 플랜트의 운전 조건이나 천연가스 성분에 맞게 최적화할 수 있다. C3MR 공정의 핵심 설비는 주 극저온 열교환기(Main Cryogenic Heat Exchanger, MCHE)로, 천연가스와 혼합 냉매 간 열교환을 담당한다.

코노코필립스, ‘Optimized Cascade’ 공정으로 시장 점유율 2위 차지

‘에어 프로덕츠’에 이어 시장 점유율 2위(약 22.5%)인 ‘코노코필립스’의 Optimized Cascade 공정은 ▲단일 압축기 및 단일 냉각기 등 단순한 시스템 ▲단순 시스템으로 인한 고장 감소 등 높은 신뢰성 ▲모듈화 설계 ▲다양한 천연가스 조성에 대응 가능한 유연한 운전성이 특징이다.

Optimized Cascade 공정은 천연가스를 여러 단계의 열교환기를 거치면서 점진적으로 냉각시키며, 각 단계별로 특정 온도 범위에서 가장 효율적인 냉매를 사용해 열을 제거한다. 이때 천연가스의 냉각 곡선에 맞춰 열 전달 효율을 극대화할 수 있는 특수 설계된 냉매 혼합물을 투입하고, 단일 압축기 스테이션을 사용해 다양한 압력에서 냉매를 압축하고 순환시킨다.

또한 냉매 팽창 과정에서 발생하는 냉기·열기를 활용해 다른 냉매 스트림(Stream, 단계별 처리·변환·이동 과정)이나 액화될 천연가스를 미리 냉각하는 내부 열교환을 진행한다. 이는 에너지 회수율을 높여 전체 효율성을 증대시킨다.

아울러 Optimized Cascade 공정은 모듈화된 설계를 채택해 현장 건설 기간을 단축하고 품질 관리를 용이하게 한다.

‘MFC·LIMUM’ 공정 보유 린데, 소형 LNG 액화플랜트 시장서 강자로 도약

‘린데(Linde plc)’는 MFC 및 LIMUM 2개의 공정기술을 통해 시장에 진출했으며, 현재는 소형 LNG 액화플랜트 시장에서 최대 점유율(약 10.78%)을 보유하고 있다.

먼저 MFC(Mixed Fluid Cascade) 공정은 여러 냉매 혼합물을 계단식으로 사용해 천연가스를 점진적으로 냉각·액화하는 방식이다. 해당 공정의 핵심은 각 온도 단계에서 최적의 냉각 성능을 발휘하는 냉매 혼합물을 사용한다는 점이다.

구체적으로 비교적 높은 온도에서 천연가스를 예비 냉각한 뒤, 계단식으로 여러 단계의 냉각기를 거치면서 각 단계마다 다른 조성의 냉매 혼합물이 순환한다. 낮은 온도에 도달할수록 냉매 혼합물은 더 낮은 끓는점을 가진 성분들을 더 많이 포함하며, 이러한 방식을 통해 천연가스는 최종 LNG로 액화된다.

MFC 공정은 각 온도 범위에 따라 최적화된 냉매를 사용해 에너지 소비를 최소화하고, 다양한 가스 처리량과 설계 요구 사항에 맞춰 공정을 조정할 수 있다.

LIMUM 공정은 MFC 공정의 한 형태 또는 발전된 버전이다. MFC와 유사하게 계단식 냉각 방식을 사용하지만 탄화수소 혼합물을 주 냉매로 사용하는 것이 특징이다. 다만 경우에 따라서는 천연가스에서 추출된 일부 성분을 냉매로 활용하기도 한다.

LIMUM 공정의 경우 냉매 회수 및 재활용 과정이 단순하기에 냉매의 가용성을 높일 수 있다는 특징이 있어 소형 LNG 액화플랜트 건설 과정에서 선호된다.

쉘, ‘SMR·DMR’ 통해 중소형 및 대형 LNG 액화플랜트 공략

‘쉘’은 SMR과 DMR 공정기술을 개발해 중소형·대형 LNG 액화플랜트 EPC 시장 공략에 나서고 있다. SMR(Single Mixed Refrigerant) 공정은 단일 혼합 냉매를 통해 천연가스를 냉각·액화하는 방식이다.

해당 공정에서는 비등점(boiling point)이 다른 여러 탄화수소(질소, 메탄, 에탄, 프로판 등)를 혼합한 냉매를 사용한다. 냉매는 압축기에서 고압으로 올려진 후 열교환기에서 다단계를 거쳐 천연가스와 열을 교환한다. 각 단계에서 냉매는 점진적으로 냉각·팽창되면서 최종적으로 천연가스를 목표 온도까지 냉각한 뒤 액화시킨다.

SMR 공정은 단일 냉매 시스템이기에 상대적으로 구조가 간단하고 운영도 용이하다. 따라서 초기 투자·운영 비용 측면에서 타 공정 대비 경제적이라 중소 규모 LNG 액화플랜트 EPC 사업에 적합하다.

반면 DMR(Dual Mixed Refrigerant) 공정은 두 개의 다른 혼합 냉매 루프를 사용해 천연가스를 냉각·액화하는 기술로 ‘쉘’만의 특허 기술이다.

첫 번째 혼합 냉매 루프(Refrigerant Loop, 냉매가 순환하며 열을 흡수·방출하는 시스템)는 상대적으로 높은 온도 범위에서 작동해 천연가스를 초기 단계에서 상당 부분 냉각시킨다. 이후 두 번째 혼합 냉매 루프는 더 낮은 온도 범위에서 작동해 첫 번째 루프에서 이미 냉각된 천연가스를 최종 액화 온도까지 냉각한다.

각 냉매 루프는 서로 다르게 조성된 혼합 냉매를 사용해 각 온도 구간에서 최적의 열 전달 효율을 달성해 전체 에너지 소비를 감소시키는 효과가 있다.

DMR 공정은 두 개의 냉매 루프를 사용해 매우 높은 에너지 효율을 달성하며, 이는 운영비 절감 효과를 얻을 수 있다. 또 다양한 조건에서의 안정적인 액화 성능 제공, 극저온 천연가스 냉각에 따른 고효율 액화 등의 장점이 있다.