가스공사 가스
연구원 박사
[투데이에너지] 지구 온난화로 인한 자연재해의 규모와 빈도가 증가함에 따라 탄소 배출 저감 필요성이 더욱 커지고 있다. 수소는 사용과정에서 이산화탄소 배출이 없기에 점점 심각해지고 있는 지구 온난화 문제를 해결할 수 있는 청정 에너지원으로 주목 받고 있다.
그러나 수소는 다른 에너지원으로부터 제조해야 하는 2차 에너지이며 대량 수소 제조를 기반으로 한 수소경제 진입 전까지는 화석 연료 이용이 불가피한 상황이다. 천연가스는 화석 연료 중 가장 탄소배출이 적은 에너지원으로 바이오가스에너지와 연계할 경 우 탄소배출 저감에 크게 기여할 수 있음에도 천연가스에 역할이 간과되고 있는 현실이 아쉬운 상황이다.
수소를 가장 경제적이면서 대량으로 생산할 수 있는 방법은 천연가스 개질 방법이며 전 세계 수소 수요의 48%가 여전히 천연가스를 원료로 제조되고 있다. 우리나라의 경우 전국에 천연가스 배관망이 잘 구축돼 있어 원하는 곳에서 수소를 제조해 이용할 수 있다는 것이 큰 장점이다.
이러한 이유로 국내에서는 수소 모빌리티에 기반해 천연가스 개질 방식을 이용한 수소충전소가 구축 되고 있다. 그러나 전 세계적인 추세에 따라 탄소 배출 저감이 요구되는 상황에서 천연가스 개질을 통한 수소 제조법에는 이산화탄소 포집 설비 설 치가 요구되고 있다.
소형 수소충전소용 수소 제조설비는 이러한 포집 설비를 설치·운영하는 것이 어렵기 때문에 설비 마련이 가능한 대형 수소 제조설비를 구축하는 것이 바람직하다. RE100 달성을 위해 전기에너지의 100%를 재 생에너지 전기로 사용하고자 노력하고 있는 유럽은 재생에너지 보급을 가속화 하고 있다. 이것은 잉여전기의 발생량이 더욱 증가하고 이를 통한 수소생산량이 증가하게 된다는 것을 의미한다.
따라서 이러한 수소를 원료로 암모니아나 메탄올 을 합성해 수소 대신에 활용하는 방안이 검토되고 있다. 이러한 연료는 수소가 가지는 저장과 운송의 비효율성을 극복할 수 있기 때문이다.
수소와 질소를 고온·고압에서 촉매 반응시킬 경우 암모니아를 생산할 수 있으며 수소와 이산화탄소를 반응시켜 메탄올 또는 합성 천연가스도 생산할 수 있다. 특히 암모니아와 메탄올은 수소와 비교해 저장과 운송이 효율적이고 수소제조 원료로도 활용 가능하다는 장점이 있다. 메탄올을 합성할 경우 이산화탄소를 원료로 활용할 수 있기 때문에 탄소순환 생태계를 구축할 수 있다는 장점도 있다.
에너지 변환 과정에서는 필연적으로 손실이 발생하기 때문에 에너지 효율 관점에서 수소를 직접 사용하는 방법이 바람직하다. 수소ESS 개념은 물을 높은 곳에 펌핑해 필요시 터빈을 돌려 발전하는 양수발전과 같은 개념으로 수전해 장치를 통해 잉여전기로부터 생산된 전기를 에너지 변환없이 바로 압축해 대량으로 저장했다가 전력 피크시 연료전지 또는 수소터빈 발전을 통해 전력 을 공급하는 방안이다.
이를 통해 전력피크 저감을 통한 발전소 구축수요를 줄일 수 있으며 에너지의 효율적 이용과 함께 탄소배출 저감에 기여 할 수 있다. 이 밖에도 지금까지 관심이 낮았던 바이오가스 관련 기술의 활성화가 노력이 필요하다.
바이오 가스는 축산분뇨 및 음폐수의 처리 과정에서 생산되며 정제를 통한 바이오메탄 생산과정에서 부가적으로 이산화탄소를 생산할 수 있다. 이때 생산된 이산화탄소는 메탄올 합성 등에 활용함으로서 탄소배출 저감에 기여할 수 있다.
수소로 모든 에너지 수요를 감당할 수 없기 때문에 우리는 에너지를 효율적으로 사용하기 위해 에너지 믹스 관점에서 접근해야 한다. 국제 에너지 정세 및 시장 상황 등 외부 변수 등으로 인해 에너지원 공급에 문제가 생겼을 때 대안으로 사용할 수 있는 에너지원이 있어야 하기 때문이다.
따라서 바이오가스와 연계한 천연가스 에너지 시스템을 활성화 함으로써 탄소배출 저감에도 기여하고 수소경제로 진입이 원활히 이뤄질 수 있도록 해야 할 필요성이 있다. 수소경제의 미래라고 할 수 있는 수소액화 기술의 상용화를 위해서도 액화천연가스 관련 초저온 기술에 기반을 두어야 한다는 사실을 간과해서는 안될 것이다.