전세계적으로 탄소중립을 내세우며 새로운 에너지원의 개발에 대한 이슈가 강하게 제기되고 있다. 탄소중립은 이산화탄소 순 배출량을 0이 되도록 하는 것으로 지구온난화에 따른 기후변화 현상을 막는 것이 목적이다. 이를 위해서는 에너지원을 화석연료에서 신재생에너지 기반으로 전환해야 하는데 그중에서 우리나라에서 수소경제와 같이 에너지 정책의 전면에 내세우고 있는 수소에너지에 대해서 특징과 종류, 향후 활용 분야에 대해서 알아보자.
수소에너지의 특징
수소를 연료로 하는 수소 연료전지는 수소와 산소가 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는데 이때 환경오염 물질은 전혀 배출되지 않고 부산물로 물(H2O)만 배출한다. 이런점에서 수소는 청정 에너지원으로 주목받고 있으며 수소와 연료전지가 있으면 전기에너지가 사용되는 모든 분야에 적용할 수 있는 것이다. 에너지로 활용하려면 생산 방법과 저장 및 운송 부분도 중요한데 신재생에너지의 간헐성과 불확실성으로 인해 저장 및 운송이 용이하지 않은 경우가 있다. 이런 부분에서 수소에너지는 친환경적인 부분뿐 아니라 기체, 액체 등 다양한 형태로 저장할 수 있고 저장시에 상대적인 비용이 낮고 장시간 보관해서 에너지 손실이 거의 없어 대용량, 장시간 저장할 수 있는 장점이 있다. 수소는 대부분 기체상태로 탱크에 저장하는데 밀도가 낮기 때문에 탱크에 많은 양을 담기위해서 350~700bar의 고압으로 압축해야 한다. 그럼에도 당장 기존의 에너지원을 대체하지 못하는데는 현재 상황에서 생산하는데 있어서 해결해야 할 기술적, 경제적 한계점이 있기 때문이다.
생산방식에 따른 종류
수소는 생산 방식에 따라 그레이 수소, 블루 수소, 그린 수소로 나누어진다.
◆ 그레이 수소
세계적으로 가장 많이 사용되는 방식으로 석유화학, 제철 등의 공정에서 나온 부생수소와 천연가스에 고온 고압의 수증기를 촉매 화학반응을 통하여 수소와 이산화탄소를 만들어 내는 것인데 즉, 화석연료를 통해 만들어진 수소를 의미하며 현재 생산되는 수소 중의 약 95% 이상이 그레이 수소이다. 그러나 수소와 함께 다량의 이산화탄소를 배출한다는 단점이 있는데 일반적으로 수소 1kg을 생산하는데 이산화탄소 10kg을 배출한다. 그러므로 탄소중립 측면에서는 의문이 드는 부분이다.
◆ 블루 수소
블루 수소는 그레이 수소와 생산방식은 동일하지만 생산 과정중에 발생하는 이산화탄소를 대기중으로 방출하지 않고 이산화탄소의 포집 및 저장기술(CCS)을 이용하여 이산화탄소를 따로 저장한다. 그레이 수소에 비해서는 당장의 이산화탄소 배출이 적어 친환경성을 높였다고 하지만 이산화탄소 포집 및 저장 기술 부분에 기술안정성과 경쟁력이 확보되어야 한다. 그러나 이산화탄소를 완전하게 제거하지는 못해서 그에 따른 한계가 있다.
◆ 그린 수소
수소 에너지 중에서 미래의 궁극적 에너지원으로 주목하고 있는 것이 그린수소이다. 그린수소는 태양광이나 풍력과 같은 신재생에너지를 통해 얻어진 전기에너지를 물에 가해 물의 전기분해로 수소와 산소를 생산한다. 이때 얻어지는 수소로 생산과정에서 이산화탄소 배출이 없는 친환경 수소이다. 그러나 그린 수소가 친환경 수소임에도 사용하기에는 해결해야할 문제가 많다. 우선 신재생에너지로부터 전력을 생산하는 단가가 높고, 아직까지 그린 수소를 생산하는 수전해 설비의 효율이 낮아 수소 생산을 위해서는 많은 전력을 사용한다는 단점이 있다.
활용 분야
수소에너지의 활용분야는 연료전지가 대표적이다. 수소에너지 활용기술 분야는 연료전지가 대표적이다. 전기와 동력, 열을 얻을 수 있어서 매우 많은 분야의 전원용, 이동용, 자동차 및 항공우주선과 비행기 및 잠수함 등에 이용할 수 있다. 현재 많이 사용되는 리튬 배터리보다 무게가 가볍고 도심 항공 교통(UAM)에 사용될 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 에너지 밀도가 높은 수소연료전지는 배터리와 비교하여 UAM의 운항시간 및 거리를 확대할 수 있다. 항공용으로 활용하기 위해서는 차량용 연료전지 시스템보다 가벼워야 한다. 그러므로 각종 자동차와 선박, 항공, 기차, 드론 등 수송용 수소분야, 철강, 정유, 화학, 우주항공에서 산업용 수소 분야, 가정용이나 건물용 연료전지 그리고 수소연료전지발전소 등에 활용할 수 있다. 지속가능한 미래를 위해 향후 수소에너지 활용 영역을 확대해야 할것이며 날로 심각해지는 기후변화와 환경오염을 막기 위해 탄소중립 실현의 대안이 될수 있는 그린수소의 미래를 기대해본다.
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