수소에너지, 그것이 알고 싶다

가장 풍부한 원소인 수소를 이용한 청정에너지

수소 생산, 수송, 활용을 통하여 에너지 실현

[객원 에디터 4기 / 김민주 기자] 한국의 현대 자동차는 2013년에 세계 최초로 ‘연료 전지 자동차’를 양산하기 시작했고 이어서 새로운 모델의 자동차를 일반인에게 판매하고 있다. 연료 전지란 수소와 산소를 화학반응시켜 전력을 발생시키는 발전 장치이다. 앞으로는 최종 소비자가 이용할 에너지 형태로, 전기와 열에 이어서 수소가 중심적 역할을 맡을 것으로 기대된다. 실현을 위한 움직임이 본격화되어가고 있는 ‘수소 에너지 사회’, 그럼 이토록 수소 에너지가 각광받는 이유는 무엇일까?

수소에너지는 기존 에너지보다 효율성이 높다. 현재 전력의 상당 부분을 공급하는 화석연료는 물론이고 태양광, 석유 등 자연계에 그대로 존재하는 1차 에너지를 변환하고 수송하는 과정에서 절반 이상의 에너지 손실이 발생하게 된다. 반대로 1차 에너지를 수소로 변환해 이용하는 경우, 수소 탱크에 저장하여 사용할 수 있으며 연료 전지로 발전한 전력 40%와 발생한 열 40%를 이용하여 효율적으로 공급할 수 있다.

수소 사회를 실현하기 위해서는 수소를 만들고, 생산된 수소를 이동해야 한다. 이를 위해 기체보다 액체가 더 부피가 작다는 수소의 성질을 이용하여 액체화 시켜서 수송한다. 하지만 증발하기 쉬운 특성 때문에 적합하지 않은 방법으로 여겨진다. 다른 방법은 유기 케미컬 하이드라이드 법이다. 수소를 화학반응시켜 메틸사이클로핵산이라는 물질 상태로 수송하는 기술인데, 수송 외에도 수소 수용자에게 여러 가지 장점이 있다. 두 가지 방법 모두 장단점이 존재하기 때문에 수송거리나 수소 이용자의 상황에 따라 수송 및 저장 방법을 구분해서 활용될 것이다.

마지막으로 수소 사회로서의 전환에 무엇보다 중요한 역할을 하는 발전이다. 현재 두 종류의 수소 발전이 개발되고 있는데 하나는 기존 화력 발전 전용 설비를 그대로 사용하여 에너지를 발생시키는 것이다. 다만 수소를 발전소에서 이용하는 경우에, 그 수소가 화석 연료로 생산한 것이라면 에너지 대체나 이산화탄소 배출 삭감을 실현할 수 없다.

다른 하나는 수소 연료 전지 발전이다. 수소 연료 전지 발전은 효율이 높고 이산화탄소 배출이 전혀 없으며 소음이 적어 도심지에 소규모로도 설치가 가능하다. 또한 태양광이나 풍력 등 다른 신재생에너지가 지리적 여건이나 자연환경에 따라 편차가 심하고 간헐적 발전으로 생산량이 불규칙하다는 단점이 있는데 반해, 연료 전지는 환경 영향 없이 지속적인 에너지 생산이 가능하고 빠른 발전량 변경을 통해 전력망 안정화에 기여할 수 있다.

우주에서 가장 가볍고 가장 많이 존재하는 원소 기호 1번 수소를 이용한 수소에너지는 오늘날 전 세계적으로 탄소중립을 실현시키기 위한 대안으로 거론되고 있다. 지구 온난화의 원인이 되는 이산화탄소나 대기 오염의 원인이 되는 질소 산화물, 황산화물을 발생시키지 않아, 화석연료 대비 높은 효율을 가지기 때문이다. 수소에너지 시대 개막을 위한 준비는 아직 걸음마 단계이지만 정부의 지속적이며 전폭적인 정책적 재정적 지원과 더불어 각 분야의 연구 기술개발 활성화 노력을 통하여 수소에너지 사회를 이끌어낼 수 있을 것이다.