TECH BRIEF 01 - 수소(水素)에너지란
손병찬 (주)제인상사 고문
ㅣ 미래 에너지시스템에 가장 적합한 에너지원
에너지원(源)에는 먼저 석탄, 석유, Oil Shale, 원자력 및 천연가스 등과 같은 화석에너지가 있으며, 이들이 결국은 몇십 년 후에 고갈되리라는 것은 자명한 사실이다.
둘째 태양에너지, 풍력, 소수력, 지열, 수소에너지, 연료전지, 바이오에너지, 해양에너지 등과 같이 화석에너지를 대체하는 신(新)재생에너지원이 있다.
위에 언급된 신재생에너지원 중 수소에너지는 미래의 청정에너지원 가운데 하나이다. 수소가 미래의 궁극적인 대체 에너지원 또는 에너지매체로 꼽히고 있는 점은 현재의 화석연료나 원자력 등이 따를 수 없는 장점을 갖고 있기 때문이다.
그리고 수소는 연소시 극소량의 질소와 물이 생성되는 것을 제외하면 공해물질이 생성되지 않으며, 직접 연소를 위한 연료로 사용할 수 있다.
또한 요즘 시제품 또는 시장에 출시되려고 하는 수소에너지 자동차의 엔진인 연료전지의 연료로 사용이 보편화되면 수송수단의 석유대체 에너지원으로 각광받을 것으로 예견된다.
무한정인 물을 원료로 해 제조할 수 있으며 가스나 액체로 쉽게 저장·수송할 수 있는 장점이 있다.
그리고 산업용 기초소재에서부터 일반연료, 자동차, 비행기, 우주산업 등 현재의 화석연료를 사용하는 거의 모든 분야에 응용되기 때문에 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 에너지원으로 평가되고 있다.
수소에너지 관련 기술적인 면을 살펴보면 수소는 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리함으로써 얻는다.
수소는 물의 전기분해로 가장 쉽게 제조할 수 있으나 전기분해에 소모되는 전기에너지에 비해 수소의 발생으로부터 얻을 수 있는 수소에너지를 경제성으로 따지면 실효성이 너무 낮다.
이에 따라 < 그림 1 >에서 보는 바와 같이 신재생에너지를 이용한 방법 또는 촉매를 이용한 제조기술이 연구되고 있다.
수소의 장점 중의 하나로 수소는 가스나 액체로 수송할 수 있으며 고압가스, 액체수소, 금속수소화물 등의 다양한 형태로 저장이 가능하다.
현재 수소는 기체상태로 저장하고 있으나 단위부피당 수소저장밀도가 너무 낮아 경제성과 안정성이 부족하여 액체 및 고체저장법 등이 연구되고 있다.
그림 수소생성, 저장, 응용기술
그림 에서 소개된 요소기술들은 중소기업 등에서도 부분적으로 개발해 볼 수 있을 것으로 추천된다.
선진국 중에서 가장 앞선 미국에서는 지난 1970년대 말부터 수소의 제조, 저장, 이용 등 분야별 연구개발에 힘을 쏟고 있으며 우주개발, 군사용 등 특수분야에 실용화 기술을 확보해 놓고 있다.
일본은 새롭게 추진되고 있는 ‘뉴선샤인 계획’과 함께 수소에너지에 관한 연구가 지속적으로 수행되고 있으며, WENET 프로그램 등으로 관련 연구의 국제화도 추진하고 있다. 최근에는 수소자동차를 시장에 선보이고 있다.
독일의 경우 최근 태양열·풍력 등 발전 대체에너지 전원으로부터 수소의 제조와 저장, 그리고 이를 연료전지, 수소보일러, 수소자동차 등에 이용하는 수소에너지 시스템기술 실증프로젝트를 성공적으로 운용하는 등 수소에너지 시대에 대비하여 한발 앞서고 있다.
우리나라의 경우 1980년대부터 관련 기초연구에 착수, 현재 대체에너지 기술개발사업 중장기계획에 따라 차세대 신재생에너지기술개발사업의 하나로 수소에너지기술을 상용화 단계로 끌어올리기 위한 기초연구 강화에 힘을 쏟고 있다.
열화학법에 의한 수소제조 등 관련 기초연구를 수행한 데 이어, 현재 고분자 전해질에 의한 물의 전기분해 기술, 그리고 고성능 니켈-하이드리이드(Ni-MH)전지용 전극활물질 소재개발과 관련한 연구 등이 진행 중에 있다.
우리의 수소에너지 기술개발 수준은 선진국의 20~30% 선에 머물고 있지만 선진국 역시 아직은 개발초기 단계인 만큼 앞으로 적극적인 정부의 지원과 투자가 뒤따른다면 빠른 시일 내에 기술격차를 줄이고 선진국 대열에 들어설 수 있을 것이다.