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[과학에세이] 화석연료보다 더 긴 수소에너지시대 온다 /권순철

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2022.03.18 / 83

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최근 우크라이나와 러시아의 전쟁으로 세계가 안보와 경제에 빨간불이 켜져 대한민국 또한 불안한 국제정세를 면밀히 주목하고 있다. 

특히, ℓ당 2000원에 육박하는 고유가로 많은 분이 어려움을 겪고 있는 이 시기에 또 다시 에너지의 중요성이 거론되고 있다. 

현재 주요 에너지원인 화석연료는 거의 전 분야에서 사용되고 있다. 

하지만 화석연료 시대가 시작된 1750년 이후 대기 중 이산화탄소의 농도는 31% 증가했다. 

이로 인한 기후변화는 지구 생물권에 질적 영향을 미쳐 생물을 멸종시키고 인류를 식량난에 빠뜨리고 있다.

지구의 임계점은 지구가 버텨낼 수 있는 능력의 한계를 말한다. 

원래 지구는 자연 생태계에 유입된 오염 물질을 스스로 정화하는 능력을 가지고 있다. 

하지만 능력을 벗어나면 지구는 원래의 상태로 돌아갈 수 없다. 

많은 연구자들이 지구의 임계점을 산업혁명 이전을 기준으로 온도가 2℃ 상승한 시기라고 예측한다. 

앞으로 4200억 t의 이산화탄소를 사용하면 지구의 온도가 1.5℃ 상승한다고 하지만 

이 양은 우리가 평균적으로 매년 배출하는 이산화탄소 양을 계산해 보았을 때 10년 치 밖에 되지 않는다. 

더구나 2021년 현재 지구의 온도는 이미 1.2℃ 상승에 달했으며 이 속도로는 2030년 이전에 1.5℃ 상승에 도달할 것으로 보고 있다.

전 지구적 기후변화 위기에 대응하기 위해 2018년 유엔 IPCC 총회에서는 ‘지구온난화 1.5℃ 특별 보고서’가 만장일치로 채택되었다. 

여러 국가에서 화석 에너지에서 저탄소 에너지로 전환해 2050년까지 탄소 배출을 하지 않는 대책을 세우고 있다.

저탄소, 친환경 에너지원이 활성화되기 위해서는 어떤 요소를 가지고 있어야 할까? 화석연료가 활성화될 수 있었던 가장 큰 이유는 에너지의 저장이다. 

화석연료는 에너지원이자 에너지 매개체의 역할을 수행하기 때문에 특정 장소에 보관하다 우리가 원하는 시기와 장소에 발전을 통해 전기를 만들어 낼 수 있다. 

또한 다른 지역으로 쉽게 이송시킬 수 있다. 에너지의 저장과 이송이 가능하다는 점은 화석연료 자체가 거래가 가능해져 경제적인 의미를 갖기도 한다. 

이런 저장과 이송의 장점이 화석연료가 인류의 주요 에너지원으로 자리 잡을 수 있게 된 핵심요소였다.

하지만 친환경 에너지로 꼽히는 풍력과 태양광은 에너지원일 뿐 매개체의 역할을 하지는 못한다. 

이에 비해 MW 규모 이상의 대용량 에너지 저장에는 수소 저장 기술이 가장 우위에 있어 수소에 주목하게 되었다. 

수소는 물리적 화학적으로 저장기술이 연구되고 있다. 또한 수소는 물을 수소와 산소로 분해시키는 수전해 기술을 통해 생산할 수 있다. 

여기에 에너지 밀도가 휘발유의 4배, 천연가스의 3배 정도로 높아 운송수단의 연료로 적합하며 발전, 난방 등 넓은 사용범위를 가져 에너지 매개체로 사용될 수 있다.

궁극적인 목표인 탄소 제로에 도달하기 위해서는 수소를 생산하는 전 과정에서 이산화탄소를 방출하지 않아야 한다. 

이산화탄소 등의 온실가스를 배출하지 않고 친환경적으로 생산되는 수소를 그린수소라 한다. 

그린수소의 대표적인 방법으로는 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 방식인 수전해가 있다. 

전 세계적으로 수소 생산 중 수전해를 통한 수소 생산은 4% 수준밖에 되지 않는데 

아직 기술적으로 많은 연구와 실증이 필요하다. 수전해 기술이 활성화되고 그린수소가 상업적으로 널리 사용되기 위해서는 

신재생에너지의 간헐성과 비용이 개선되고 수전해 기술이 발전해 생산비용이 감소해야 한다. 

탄소 중립 사회를 위해서 친환경 수소사회의 시작점인 ‘그린수소’의 대용량 생산으로 

수소에너지의 보편적 상용화를 이루어, 탄소로부터 자유로운 친환경에너지의 대전환을 맞이해야 한다.

수소는 모든 유형의 에너지 가운데 가장 가볍고 가장 비물질적인 것으로 연소 효율도 가장 뛰어나다. 

또한 매우 유연한 에너지원이기에 다양한 형태로, 광범위한 영역에서 사용될 것이다. 

수소산업의 인프라가 구축되어 에너지 패러다임의 변화가 찾아온다면 산업혁명 시대를 이끈 화석연료보다 더 긴 수소에너지 시대가 열릴 것이다. 

 

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