특정 주제에 구애받지 않고 자유롭게 이용하실 수 있습니다.
개인적으로는 수소생산에 대한 기술연구는 계속되어야 하지만 수소연료가 주류가 되기에는 상당히 큰 난점이 있다고 보고 있습니다. 이번에는 그 점을 몇 가지 간단히 짚어볼까 싶습니다.
수소는 필요합니다.
당장 활용할 수 있는 분야가 우주로켓의 연료라든지 극저온 관련의 제반기술이라든지 합성석유의 생산 등 여러 방면에 걸쳐 있어서 다 열거할 수는 없습니다. 그래서 수소생산에 대한 기술연구가 계속되는 것 자체는 찬성합니다. 하지만 이것의 실현을 위한 선결과제를 잊어서는 안됩니다.
선결과제는 3개 쟁점으로 압축가능합니다.
- 가장 경제적인 생산방법은 무엇인가
- 다른 에너지원과의 경합을 최소화할 수 있는가
- 어떤 형태로 저장할 것인가
그러면 첫째 쟁점부터.
사실 여기서부터가 걸림돌인데 현실적으로 가장 저렴하고 고효율인 방법은 천연가스 수증개질법(Steam Reformation)입니다. 조금 더 풀어쓰자면 천연가스에 고온고압의 수증기를 가하여 열화학적으로 분해하는 방법인데, 원료로서 천연가스를 써야 하고 무엇을 열원으로 해야 하는가에 문제가 생기게 됩니다. 거의 전량을 수입에 의존하는 우리나라로서는 천연가스를 그대로 쓰는 게 더 효과적일 수도 있습니다.
전기분해(Electrolysis)에 의존하는 방법 또한 있는데 이것은 위에서 언급한 수증기개질법과 거의 대등한 효율을 기록하고 있으며 신기술 개발로 효율이 앞으로 더욱 향상할 수도 있습니다. 게다가 수증기개질법처럼 높은 온도를 요하지도 않습니다. 그런데 전력공급원이 문제가 됩니다. 원자력발전을 많이 활용한다면 이야기는 달라지지만 역시 화력발전에 많이 의존하고 있으며 앞으로 원자력발전을 줄여 나간다는 정책적인 기조가 있는 한 수소생산에 유리한 환경이 조성되기는커녕 그 반대방향으로 갈 공산이 더 커집니다.
둘째 쟁점을 보겠습니다.
이미 위에서 봤듯이, 수증기개질법은 천연가스를 원료로 하기에 천연가스를 쓰는 분야와 경합을 벌여야 하고 전기분해는 전력 수급문제로 이어집니다. 물론 다양한 대안들이 연구되고도 있습니다만 그것들이 얼마나 충분한 양의 수소를 공급해 줄지는 의문입니다. 사실 원자로에서 발생하는 다량의 열을 이용하여 물을 열화학적으로 분해하는 기술을 쓰는 방안이 에너지원 경합을 최소한으로 억제할 수 있습니다만 원자력발전을 줄일 것이 예정된 정책기조와는 배치됩니다.
셋째 쟁점까지 와 보면 상황은 더 곤란할 수 있습니다.
수소는 밀도가 낮아서 가압, 액화 등의 공정을 적용하더라도 저장에 필요한 공간을 많이 차지합니다. 당장 단위부피당 에너지밀도를 보면, 수소는 리터당 10메가줄, 즉 10MJ/L의 에너지밀도를 보이지만 천연가스는 22.2MJ/L, 항공유는 37.4MJ/L입니다. 이것을 뒤집어 말하자면, 같은 양의 에너지를 저장하기 위해 천연가스의 2.5배, 항공유의 4배 가까운 저장공간을 필요로 한다는 의미로도 통합니다. 물론 압력용기에의 수용 및 저장을 위한 가압, 자연증발분 등까지 감안하면 지속적으로 에너지를 소모하는데, 그렇게 되면 실질적인 가용에너지의 양은 더욱 줄어들게 됩니다.
그래서 수소연료의 보급에 대해서는 다소 회의적입니다.
오히려, 수소생산기술을 발전시켜서 이것으로 합성석유 생산을 본격화하여 전략비축유 확보 및 자급에 힘쓰고 에너지정책 또한 현재의 탈원전 기조에서 완전히 전환해야 하는 게 맞습니다.
4차 산업혁명으로 이행할수록 전력 수요는 늘어나면 늘었지 줄어들지는 않을 것입니다. 수소연료 연구도 좋지만 현재의 기조에 반성적 사고가 적용되지 않는다면 머지 않은 시기에 한계와 역기능에 곤란을 겪을 것 같습니다.
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3 댓글
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2021-12-21 22:38:43
[2021년 12월 21일 추가]
결국 수소를 연료로 쓰는 자동차의 입지가 넓혀지지 못하고 있다는 것이 실적으로 증명되고 있습니다.
2021년의 세계 전기차 판매량이 600만대로 전망되는 반면 수소차는 판매량이 2만대에도 도달하지 못할 것으로 예측됩니다. 즉 전기차의 0.3% 내외가 될 전망입니다. 그나마 수소차에 적극적이었던 현대자동차 및 토요타도 전기차로 이행하는 경향을 보이고 있습니다.
승용차와 상용차의 동력이원화가 얼마나 도움이 될지도 회의적입니다. 야전난로에서부터 차량의 피스톤엔진이나 항공기의 가스터빈엔진 등에도 모두 동일한 JP-8 연료를 쓰는 미군의 경우가 대조됩니다.
이하의 기사에서 자세한 내용을 읽으실 수 있습니다.
갈길 먼 수소차… 올해 판매량 전기차의 0.3%인 2만대 (2021년 12월 21일 조선비즈)
SiteOwner
2023-05-17 23:51:18
[2023년 5월 17일 추가]
일본의 모터사이클 제조사 4개 회사인 혼다, 야마하, 스즈키 및 카와사키가 이륜차용 수소엔진 연구개발을 수행할 단체를 공동으로 설립합니다. 수소는 연소속도가 빠르고 연소가 불안정하게 되기 힘든데다 수소탱크의 안전성이 고수준으로 요구되기에 과제가 산적해 있습니다. 또한 전동모터사이클에 사용되는 교환식 전지의 셰어링 서비스를 공동으로 실시하는 등의 탈탄소사회를 향한 노력에서 연대하고 있습니다.
참조한 언론보도를 소개합니다.
「水素エンジン」研究へ 国内のバイクメーカー4社が連携
(수소엔진 연구로 일본국내의 모터사이클 제조사 4개 회사가 연휴, 2023년 5월 17일 NHK, 일본어)
SiteOwner
2023-06-25 00:45:19
[2023년 6월 25일 추가]
한화그룹에서 천연가스와 수소를 혼합한 연료를 사용하는 80MW 출력의 가스터빈 발전시스템을 개발했습니다. 사용된 연료에서의 수소의 구성비는 사상최대인 59.5%로 나타났고 이것을 통해 이산화탄소 배출량을 22% 절감할 수 있게 되었음은 물론 질소산화물도 기준치의 1/3 미만인 6ppm 수준으로 대폭 억제할 수 있게 되었습니다.
관련 언론보도를 같이 소개합니다.
Hanwha Impact tests record-setting hydrogen gas turbine (2023년 6월 21일 Korea JoongAng Daily, 영어)