단장
지난 3월의 후쿠시마 원전 사고로 세계 각국의 에너지 정책에서 재생에너지의 역할을 확대하려는 움직임도 커졌다. IPCC에서 올해 5월에 발표한 보고서에서 “적절한 정책이 뒷받침해준다면 2050년경에는 재생에너지로 세계에너지의 80%를 공급할 수 있을 것이며 2010∼2050년 사이의 이산화탄소 저감량은 누적 220∼560기가 톤으로 통상적인 이산화탄소 배출이 이뤄진다는 시나리오와 비교해 1/3 수준을 저감함으로서 이산화탄소의 농도 450ppm 수준 유지에 도움이 될 것”이라고 말하고 있다.
최근 화두가 되고 있는 스마트그리드란 전력망에 정보통신기술을 합쳐 소비자와 전력회사가 실시간으로 정보를 주고받아 전력 사용 현황을 실시간으로 파악해 전력공급량을 탄력적으로 조절하는 것을 말한다. 이러한 개념으로 전력 사용이 적은 시간대에는 잉여 전력을 수소로 전환 저장해 전력 사용이 많은 시간대에 전기로 전환 공급하는 탄력적인 운영도 가능하다.
전기 저장기술로는 짧게는 1/1,000초 단위에서 몇 분 정도의 단기간은 초전도 코일, 슈퍼캐퍼시터, 플라이휠, 배터리 등이 사용되며 분 단위에서 수 시간 단위 저장으로는 압축공기, 양수발전기술이 쓰인다.
며칠에서 몇 달 단위의 에너지저장은 수소와 같은 화학적 에너지로 저장하는 기술이 가능하다. 하지만 양수기술은 단중기 저장법으로서는 가장 경제적이나 용량에 한계가 있다.
압축공기저장은 단열열저장과 함께 할 때만 효과적이며 매우 비싼 방법이다. 수소를 동굴에 저장하는 것은 고밀도로 대량 저장할 수 있으며 대량저장기술로서는 가장 경제적이고 적어도 TWh 규모의 장기저장기술로는 유일한 방법이다.
수소를 저장하는 방법으로 지상에 설치된 액체저장시설 중 가장 큰 것은 3800㎥(270톤 또는 9GWh 용량)이다. 동굴을 이용한 지하저장은 적합한 지형이 있어야 한다. 독일의 경우 천연가스 동굴저장시설 용량이 50∼5300GWh에 이른다. kWh당 투자비는 가장 싼 축에 속한다.
재생에너지를 수소로 변환 및 저장하면 산업용 또는 수송용 연료로 판매하거나 천연가스망에 공급할 수도 있고 상황에 따라 다양한 조합이 가능할 것이다.
연료전지에 의한 열 병합이나 수소자동차 연료로 사용한다 했을 때 더욱 효과적이라 할 수 있다. 수송분야의 전기구동화 경향은 대세이다.
배터리나 연료전지로 효율을 높이고 수소나 재생전원과 같은 재생에너지에서 비롯된 연료를 사용하며 재생전원으로 인한 그리드의 불안정 문제 해결이라는 관점에서 자연에너지를 이용해 수송용 수소 충전소를 만드는 사례는 전 세계 곳곳에서 이뤄지고 있다.
수전해과정은 전압, 전류, 온도와 수소압력 등이 주요 변수가 되며 재생전원의 특성을 감안해 최대의 효율을 얻을 수 있도록 시스템을 최적화하는 연구도 진행돼 왔다.
시스템최적화로 47㎡의 태양전지판으로 0.5kg 수준의 수소를 생산해 하루 출퇴근(우리나라 연간평균주행거리는 17,000km로 하루 50km 이내)에 필요한 에너지를 충당할 수 있다고 분석하고 있다.
단순히 풍력-전기-수소-전기로의 순환은 에너지면에서는 손실이 있으나 전기, 열, 수송연료 등이 하나로 연계되면 전체적인 효율은 크게 상승한다.
이러한 시너지 효과라는 관점에서 안 쓰면 버려지는 재생에너지의 저장용 및 스마트 그리드용으로서의 수소 역할이 기대된다.