[투데이에너지] 차세대 에너지원으로서 수소의 역할을 의심하는 사람은 많지 않다. 비록 지금은 낮은 경제성으로 인해 제한적으로 활용되고는 있지만 최근 수소경제시대를 앞당기기 위한 노력과 결실이 하나둘 모습을 드러내는 등 힘을 응축하는 모습이다.
현대자동차는 세계 최초로 수소연료전지차 양산체계를 구축하며 미래자동차시장 선점을 위한 시동을 걸었다. 또 수소에너지 활성화를 위한 제도정비와 표준화를 이끌 수소협회가 청마의 기운을 등에 업고 창립됐다.
본지는 이러한 변화에 맞춰 국내 수소에너지의 현재의 모습과 미래의 변화상을 가늠해 볼 수 있는 전문가의 글을 총 4차례에 걸쳐 연재한다.
1부 - 에너지원으로서의 수소
2부 - 수소산업화를 앞당기는 기술
3부 - 국내 수소산업의 진단
4부 - 수소산업의 과제와 미래
경제성·안정성 담보하는 기술개발 이뤄져야
수소산업이란 분자로서 존재하는 수소를 중심으로 수소의 생산, 정제, 저장, 유통, 소비와 관련한 일련의 산업이다. 대단히 포괄적이며 광범위한 산업인 것이다.
그렇다면 수소산업에도 전후방산업이 있을까? 필자는 분명 수소산업에도 전방산업과 후방산업이 있다고 말하고 싶다.
전방산업은 수소를 소비할 수 있는 산업을 말할 수 있는데 가령 석유화학의 탈황시설에 대규모의 수소가 사용되는 석유화학산업이 있다. 또 반도체 제조공정에 수소를 사용하는 반도체산업과 수소를 사용해 전기와 열을 얻을 수 있는 수소연료전지산업 등을 그 예라 하겠다.
후방산업도 알아보자. 우선 수소 생산을 담당하는 산업이 포진한다. 순도에 따라 정제를 하는 정제산업이 뒤를 잇는다. 수소를 담는 용기와 탱크 등 저장기술이 필요한 저장산업과 수소 이송과 운송을 담당하는 유통산업 등이 따라 붙는다. 이들 산업이 수소의 상품화와 가치를 높이는 후방산업이라고 할 수 있겠다.
또 있다. 수소산업은 언급된 두 가지 산업으로 한정되지 않고 연관산업이 존재한다. 수소의 농도를 측정하는 센서산업과 계기 계측기산업, IT산업, 용기 등에 사용되는 금속 및 유기화합물 등의 소재산업이 이에 해당된다.
수소를 놓고 이렇게 다양한 전·후방, 그리고 연관산업이 존재하고 있다. 그렇다면 수소산업을 앞당길 수 있는 기술에 대해 살펴보자.
우선 보틀넥(생산 확대의 과정에서 생기는 생산 요소 부족에 의한 장애)에 대해 짚어본다. 경제성에서 가장 중요한 가격적인 측면에서 수소가격이 여타의 에너지 원가와 비교할 때 획기적으로 경쟁력을 높이기 위해서는 수소 생산기술을 확보하는 것이 관건이라고 1부(본지 1월27일자)에서 언급한 바 있다.
많은 학자들이 수소의 경제성에 대해 회의적으로 말하곤 한다. 수소보다 경제성이 높은 에너지원이 지구상에 많이 존재하기 때문이라는 것이 주요 이유다. 그럼에도 이들조차 인류 궁극의 에너지가 수소라는 인식에는 강한 부정을 보이지 않는다.
결국 시기의 문제인 것이다. 이러하기에 저렴한 원가로 수소생산을 위한 기술개발 노력은 전쟁이라고 할 만큼 치열하게 진행되고 있다.
대량의 수소생산을 위해 오랫동안 이용해 온 수전해 방식을 비롯해 원자력 수소생산, 미생물을 이용한 수소 생산기술 등 원천기술 확보를 위해 사활을 건 연구가 지금도 진행되고 있는 것이다.
수소의 산업화가 더딘 이유 중 하나가 수소의 안정성에 대한 의구심이라고 언급한 바 있다. 수소가 공기와 접촉해 급격한 반응을 일으키며 폭발할 수 있다는 막연한 두려움이 우리에게 있다. 심지어 수소폭탄이라고까지 말해지고 있지만 이는 분명 잘못된 표현이다.
수소폭탄은 수소의 원자핵이 융합해 헬륨의 원자핵을 만들 때 방출되는 에너지를 이용하는 것으로 인위적으로 환경을 만들어내는 것이다.
폭발이 가능한 수소의 성격만으로 회자되는 수소폭탄의 가공한 위험성을 연관시켜 수소폭발의 두려움을 증폭시켜서는 안될 것이다.
수소의 단위 무게당 발열량은 최대이지만 단위 부피당 에너지 밀도는 그리 높다고 할 수 없다. 따라서 압축으로 에너지 밀도를 높이는 방식이 가장 쉬우면서 경제적인 방법이었다. 그렇지만 최근에는 수소의 안정성을 확보하면서 편리하고 경제적인 이송 즉, 더욱 많은 양의 수소를 저장하는 방식 및 기술개발에 노력하고 있다.
메탈할라이드를 이용하거나 그래핀에 수소를 저장하는 방식, 또 유무기소재를 융합한 복합소재 저장기술 등 수소의 저장기술분야 역시 수소의 생산기술과 다르지 않게 뜨거운 각축장이 돼가고 있는 것이다.
이러한 전후방산업과 관련한 기술들을 살펴볼 때 적어도 수소에 있어서는 후방산업에서의 기술 여하에 따라 전방산업의 크기와 향방이 좌우될 수 있을 것으로 보인다. 결국 수소생산 경제성을 제고해 경쟁력을 확보하고 수소 안정성을 위한 기술개발 및 사회적 인식확대가 전제돼야 수소산업화를 앞당길 수 있다.
이를 위해서는 적절한 투자가 선행돼야 하는 것 역시 당위적 과제일 것이다.