[시평] 탄소중립을 위한 수소 기술
[시평] 탄소중립을 위한 수소 기술
  • 투데이에너지
  • 승인 2020.12.21
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▲양태현 한국에너지기술연구원 미래에너지연구본부장
▲양태현 한국에너지기술연구원 미래에너지연구본부장

[투데이에너지] 수소에너지 기술의 중요성이 높아지고 있다. 정부는 기후위기 대응을 위한 2050 탄소중립 비전을 발표했다. 5대 기본방향 중 수소에너지와 관련된 분야가 4개에 이른다. 어떻게 수소 기술이 탄소중립에 기여를 하는 것일까?

첫번째로 재생에너지와 연계된 그린수소의 이용을 증가시키는 것이다. 재생에너지 보급의 증가는 전력망의 불안정을 유발하기 때문에 ESS의 중요성은 비례해 높아지게 된다. 대용량의 ESS는 에너지저장용량, 저장기간 및 경제성을 고려할 때 배터리 중심의 ESS에서 수소중심의 ESS로 변화될 것이다.

국내에서도 제주도를 중심으로 R&D가 진행 중이다. 그다음 단계는 그린수소를 산업, 수송, 건물의 에너지로 활용하는 것이다.

수소를 이용해 연료전지 또는 가스터빈을 이용해 열 및 전기에너지를 생산하며 부산물로 물만 나오기 때문에 수소는 이상적인 청정에너지이다. 화석연료를 수소로 대체하면 온실가스 저감효과는 거의 100%에 달할 것이나 아쉽게도 그린수소 생산 가격은 매우 비싼 편이고 이를 활용하는 연료전지도 고가이며 수소용 가스터빈은 이제 개발 중이다. 수송분야의 온실가스 배출량은 2017년 약 9,900만톤이다.

국내외에서 전기차, 수소차의 이차전지, 수소연료전지로 대체하는 지원 정책이 수행 중이다. 수소차 시장은 년간 1만대 규모에 도달하지 못했으나 시장의 성장세는 괄목할 만하다. 2019년 전세계 누적 판매량 1만대는 넘어섰을 당시 국내 누적 판매량은 약 900대였으나 2020년 11월 1만대를 넘어서며 현재는 세계 시장 점유율 1위에 올라서게 된다. 온실가스 배출이 많은 버스, 트럭, 열차에 수소 연료를 사용기술이 상용화 됐으며 선박, 항공기에도 적용하는 연구가 진행 중이다.  

두번째 추진 방향인 에너지 효율향상은 수소 연료전지를 도입하면 수송, 발전분야에서 일부 해결이 가능하다. 승용차의 가솔린엔진은 38%, 디젤엔진은 43%이나 수소연료전지 효율은 60%에 육박한다. 같은 열량의 연료를 사용한다고 하면 수소차는 내연기관차 보다 더 오래가고 적은 양의 CO₂를 배출하게 된다. 발전용 연료전지는 50% 이상의 전기효율을 얻을 수 있으나  비슷한 용량의 마이크로터빈, 가스엔진의 발전효율은 40% 미만이다. 건물용 연료전지는 열과 전기 종합효율이 90%를 상회하기 때문에 유럽에서는 건물 발생 온실가스 배출을 줄이는 유용한 대안으로 지원을 하고 있다.

세번째 탈탄소 미래기술에서 수소의 역할은 중요하다. 대표적인 분야가 철강산업으로 2017년 기준으로  약 9,900만톤의 온실가스가 발생했다. 대신해 수소를 환원제로 사용하는 수소환원제철 공정은 철강을 생산하면서 이산화탄소가 발생하지 않고 물만 발생하게 된다.

현재 국내외에서 개발 중에 있다. 탄소포집 저장(CCS) 이외에 연료 또는 일종의 에너지자원으로 활용하는 탄소자원화기술(CCU)이 관심을 받고 있다. 메탄올, 개미산 또는 고분자물질로 전환하는 CCU 공정에는 수소가 꼭 필요한 물질이다.  

네번째로 순환경제에서 수소의 역할이다. 순환 자원 활용이 가능한 폐플라스틱, 폐목재, 음식물 쓰레기, 매립가스 등으로부터 수소를 생산하고 이를 고효율 수소차 또는 수소발전에 활용하게 되면 온실가스 저감 효과가 매우 크다. 여기에 탄소 포집 및 저장기술을 적용하면 최대치의 탄소 네거티브 구현이 가능하다. 코로나 사태로 폐플라스틱 발생이 늘어나 이를 처리하는 것이 문제가 되고 있다. 소각을 하는 것보다 이를 자원으로 활용해 수소를 생산하는 기술은 확보돼 있다.

현재 지구는 기후위기를 넘어서 기후 재앙 단계를 맞이하고 있다. 국내 최장 기간 장마, 초대형급 태풍 발생, 시베리아 동토의 해빙 및 온난화, 지구상 빙하 면적의 감소 모두 지구 온난화의 결과라고 보고 있다. 지구 온난화를 해결하기 위한 기술들은 아직 경제성이 미흡한 단계이다. 수소에너지 기술도 마찬가지이다.

온실가스 무배출 그린수소, 블루수소의 가격 경쟁력 확보가 시급하다. 이를 위해서 재생에너지 연계 수전해 기술, CCS 연계 화석연료 추출기술의 경제성 확보가 필요하다, 아쉽게도 우리나라는 재생에너지가 풍부하지 못하다. 경제성 있는 그린수소를 외국에서 생산 수입하는 방법도 고민을 해야 할 것이다.

수소차, 수소연료전지 발전소도 경쟁기술에 비해 비싸고 수명도 짧다. 기후재앙은 매우 빠르게 다가오고 있다. 이를 대비한 기술개발을 제시간에 맞출 수 있을까? 수소산업 생태계를 육성 및 강화하기 위해서는 인력양성, 보급과 연계된 장기 R&D 투자, 실패를 두려워하지 않는 민관의 도전이 필요하다.


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