[신년기획] 수소에 대한 오해 바로잡기
[신년기획] 수소에 대한 오해 바로잡기
  • 진경남 기자
  • 승인 2019.01.07
  • 댓글 0
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수소→전기 생산 과정서 환경 정화
인공적 에너지인 수소폭탄과 달라
 

[투데이에너지 진경남 기자] 수소경제가 지난해 정부의 3대 전략사업 중 하나로 선정되면서 수소산업의 행보가 매우 바빠지고 있다. 하지만 많은 사람들은 아직 수소하면 친환경보단 위험성에 대해 우선적으로 생각하고 있다.

이번 신년 특집을 통해 수소에 대한 부분적인 오해 해소 및 왜 수소가 정부 및 지자체 등에 각광을 받는 친환경에너지인지 다시 한 번 점검을 하고자 한다./편집자 주

■수소, 어떤 성질을 나타내고 있는가?

화학 주기율표의 맨 처음에 있는 수소는 현재 우주에서 가장 많이 존재하는 물질이며 전체 무게의 75%를 차지하고 있다. 또한 무색, 무취, 무미, 무독성, 금속 취성을 지니고 있다. 세상에서 가장 가벼운 물질이기 때문에 공기보다 약 14배 정도 가벼운 것으로 알려져 있다.

또한 수소는 태우면 물만 생성되며 영하 252.9℃에서 액화되는 성질을 지니고 있다. 그 중에서 태우면 물만 생성되는 성질을 이용해 수소를 이용하는 연료전지는 수소와 산소를 이용해 연료의 화학반응을 일으켜 물이 만들어지는 과정에서 전기를 얻는다. 좀 더 쉽게 이야기하자면 물을 전기분해하면 양극에서 산소가 생성되며 음극에서는 물이 생성이 되는 과정을 반대로 진행하는 것이 연료전지라고 보면 된다.

이 과정에서 수소는 연소하더라도 공해 물질을 내뿜지 않아 석탄, 석유를 대체할 무공해 에너지로 주목을 받고 있다.

이외에도 수소는 크게 경수소(Hydron), 중수소(Deuteron), 삼중수소(Tritium) 등 세 가지의 동위원소가 존재하는데 대부분 자연 상태의 수소는 중성자가 없는 경수소로 현재 국내외로 주목하는 수소에너지의 성분도 경수소가 차지하고 있다.

■수소가 친환경에너지로 각광을 이유는?

우선은 수소연료전지에 이용하는 핵심부품인 스택(Stack)이 수소에너지를 친환경에너지로 주목하게 만든 이유 중 하나다. 스택은 공기 중의 산소와 수소를 결합해 전기를 만드는 것으로 위에서 말한 기존 전기분해의 과정을 거꾸로 실행하는 역할을 하는 부품이다.

이 과정이 제대로 실행되기 위해서는 미세먼지가 제거된 깨끗한 공기가 필요한데 수소전기차의 경우 달리면서 전기를 생산하는 과정에서 공기를 빨아들여 정화 후 배기구에 깨끗한 수증기와 산소를 배출한다.

이러한 과정을 통해 결과적으로 공기를 깨끗하게 하기 때문에 현재 수소차가 ‘궁극의 친환경차’이자 ‘달리는 공기청정기’로 주목을 받고 있는 것이다. 실제로 현대자동차의 넥쏘는 한 시간 주행 시 26.9kg의 공기를 정화할 수 있으며 이는 성인 42명이 한 시간 동안 호흡하는 공기량에 해당한다.

또한 수소를 많이 소모할수록 공기 정화 능력이 뛰어나다는 것도 수소에너지가 수송 차량 특히 대중교통에도 주목하게 만들었다. 실제로 수소버스가 주목을 받는 이유도 수소승용차가 2톤 수소택시가 8톤의 온실가스의 저감이 가능한 것에 비하면 수소버스는 연간 56톤의 온실가스를 저감할 수 있어 높은 환경개선의 효과를 가져 올 수 있기 때문이다.

다만 현재 나오는 수소에너지가 천연가스 개질, 부생수소 등 화석연료에 기반해 얻는 수소이기 때문에 앞으로는 수소를 생산하는 과정에서도 재생에너지를 활용해 얻는 친환경방식으로 생산하고 바이오가스 등으로부터 정제된 친환경 수소를 활용한 수소충전소 구축이 필요하다.

■수소, 위험한 에너지 아닌가?

흔히 수소하면 갖는 생각 중 하나가 위험한 에너지가 아니냐는 것이다. 실제로 수소의 특성 중 하나가 폭발성이 있다는 점이며 오래전 비행선에서도 수소를 이용했다가 정전기 스파크로 인해 폭발하는 사고가 일어난 적이 있기 때문에 수소폭발이 빈번하게 일어나는 게 아닌가 생각할 수 있다.

하지만 수소가 가연성이 크며 폭발성은 있어도 실제로 폭발사고가 잘 발생하지 않는다는 점도 간과하면 안 된다. 수소가 산소와의 반응이 강하고 조금의 에너지만 있어도 산소와 폭발적으로 반응하긴 하지만 수소의 최소점화에너지는 0.011mJ로 메탄의 0.28mJ, 프로판의 0.25mJ보다 적다.

특히 수소의 무게 당 발열량은 모든 물질 중에서 가장 크며 공기 중에서 연소 시 2,300℃, 산소 분위기에서 연소 시 3,000℃까지 온도를 올릴 수 있어 수소의 공기 중에서 자연발화 온도는 585℃인 것으로 나타났다. 이는 메탄이나 프로판의 자연발화 온도보다 높은 수치다.

또한 수소가 세상에서 가장 가벼운 물질이기 때문에 누설 시에도 바로 공중에 날아간다는 점도 안심할 수 있는 요소다. 수소차에도 사고 시 방출밸브를 통해 수소를 바로 공중에서 분출한다는 점이 바로 이런 수소의 성질을 이용한 것이라고 할 수 있다. 그리고 만약 이런 수소 누설 사고가 일어나는 것을 대비해 수소차는 수소 누설 감지센서를 장착하고 있으며 수소탱크는 탄소섬유로 감겨 있어 폭발하지 않고 찢어지는 성능을 갖고 있다.

우리가 수소하면 가장 많이 기억하는 수소폭탄 역시 현재 각광받는 수소에너지와는 다른 성질을 지니고 있다. 수소폭탄의 원리는 1차적으로 핵분열이 일어나고 이후 핵융합-핵분열(Fission-Fusion-Fission) 순으로 일어나는데 이런 에너지는 보통 핵융합 반응이라고 한다.

이 수소폭탄의 융합과정에서 사용하는 수소는 대부분의 수소가 포함된 경수소가 아닌 중수소와 삼중수소를 핵물질의 중심에 섞어서 이용하는 것으로 핵분열에서 나오는 고온고압을 이용해 핵융합 반응을 유도하는 것이다. 즉 수소폭탄의 에너지는 자연적으로 일어나는 에너지라기 보단 인공적으로 만들어 내는 에너지인 것이다.

 

 

■안전관리 법제화 필요

수소가 많은 사람들의 편견과는 다르게 안전한 물질이긴 하지만 결국은 유비무환이라고 만약을 대비해 안전관리를 위한 법안이 필요한 것도 사실이다.

최근 국내에서도 환경보호 및 화력·원자력 등의 중앙집중형 발전에서 분산전원 등을 위해 다양한 수소 활용 방안이 추진되고 있어 수소관련 시설에 대한 안전기준이 필요한 시점이다. 수소의 수송은 경제성과 직결되는 중요한 문제로 가정용 수소는 천연가스처럼 파이프를 통한 공급망의 형성이 가장 바람직한 수송형태다. 자동차용 수소는 현재의 주유소 형태와 같은 수소충전소의 구축이 바람직하나 두 경우 모두 안전성을 확보할 수 있는 소재 기술의 개발이 우선된다.

이를 위해 국회에서는 지난해 8월 전현희 의원이 대표발의한 수소연료의 안전관리 및 사업법안과 박영선 의원이 대표발의한 수소의 안전관리 및 사업법안이 입법예고 된 후 현재 입법을 기다리고 있다.

두 법안 모두 연료로 사용하는 수소를 제조·충전·저장·사용 및 관련 용품 등의 안전 관리에 관한 사항을 정해 공공의 안전을 확보하고 수소사업을 합리적으로 조정함과 동시에 일괄적으로 규율함으로써 안전한 수소사회 대비 및 수소의 안정적 판매와 공급을 도모하려는 것이다.

이 때문에 두 법안 모두 수소연료 충전사업, 수소연료 판매사업 또는 수소연료용품 제조사업을 하려는 자는 사업소마다 시장·군수·구청장의 허가를 받도록 하고 있다.

또한 수소연료 제조사업을 하려는 자는 시·도지사의 허가를 받도록 하며 수소연료 저장소를 설치하려는 자는 그 저장소마다 시장·군수·구청장의 허가를 받도록 하는 등 수소를 안전하게 사용할 수 있도록 조치를 취하고 있다.


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