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에너랜드

KIER에서 들려주는 쉬운 에너지 이야기

차세대 청정에너지! 수소에도 색깔이 있다?

  • 작성일 2023.10.24
  • 조회수 2242

친환경 모빌리티의 시대가 본격적으로 열렸습니다. 전기차가 강세를 보이는 가운데, 하이브리드차, 수소차도 판매량이 점차 늘어나고 있는데요. 그중에서도 고효율의 연비와 짧은 충전 시간을 자랑하는 수소차는 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 내부에서 전기를 생성해 움직이는 친환경 모빌리티라는 점에서 주목받고 있습니다.

2022년 세계 수소차 시장 규모는 10억 달러. 오는 2030년 432억 달러까지 확대될 전망입니다. 우리나라는 2022년 3만여 대의 수소차를 보급했지만, 2030년에는 88만여 대를 보급할 것을 목표로 하고 있죠. 그렇다면 수소는 왜 이토록 차세대 에너지로 주목받고 있는 걸까요?

가볍고 청정한 친환경 에너지, '수소'

수소는 모든 물질 가운데 가장 가벼운 기체 원소이자 간단한 구조를 가져 원자 번호가 가장 작은 원소입니다. 그중에서도 청정 수소란 공기보다 가벼우면서도 청정하고, 무색·무미·무취의 비독성인 특징을 가진 수소 에너지를 뜻하는데요. 수소에너지는 무한한 물 또는 유기물질을 변환하는 등의 방법을 통해 수소를 생산하여 활용하는 기술로, 생산과 저장 및 운반이 안전하며 온실가스의 방출이 적은 청정에너지원이자 종합 에너지 효율이 80% 이상인 고효율 에너지입니다.

이렇게 만들어진 수소에너지는 석유와 석탄을 대체하는 미래의 궁극적인 청정에너지원 중 하나입니다. 특히 수소 에너지 원료가 되는 물은 지구상에 풍부하게 존재하며, 수소를 연소시켜도 산소와 결합하여 극소량의 질소와 물로 변하기 때문에 물질로 인한 환경오염 염려가 없다는 장점이 있죠.

수소, 왜 앞에 색깔이 붙었을까?

이처럼 수소는 무색무취의 기체로 알려져 있지만, 요즘 수소 앞에 색깔을 붙여 부르는 일이 많아졌습니다. 그린수소. 블루수소, 그레이 수소처럼 말이죠. 이는 수소를 만드는 방법에 있어서 탄소 배출량에 따라 수소의 색깔을 정해 분류하고, 어떤 과정을 거쳤는지 알기 쉽게 만들어진 수식어입니다.

그린수소는 발전 과정에서 탄소가 발생하지 않는 전기로 물을 분해해 수소를 생산하는데요. 이 과정에서 필요한 전력은 태양광, 풍력 등 재생 에너지 발전 전력을 이용하기 때문에 온실가스를 배출하지 않습니다. 생산 과정에서 탄소 발생도 가장 적기에 친환경 그린 에너지원이라고도 불리고 있죠. 단, 생산 단가가 비싸고 수전해 설비 효율이 낮다는 한계점이 있습니다. 한국경영연구원에 따르면, 그린수소 생산 단가는 그레이수소보다 3배에서 4배가량 높습니다. 그레이수소 1kg을 생산하는 데 1달러에서 2.2달러가 드는 반면, 그린수소 1kg을 생산하는 데에는 3달러에서 최대 7.2달러가 소요됩니다. 이에 산업계는 집중적인 연구를 거듭하여 2030년쯤에는 생산 단가가 현재의 3분의 1 수준으로 떨어질 것으로 전망하고 있습니다.

블루수소는 메탄으로 만들되, 발생하는 탄소를 포집·저장해 대기로 배출하지 않는 방식을 뜻합니다. 화석 연료에서 추출한다는 점은 그레이 수소와 같으나, 블루수소는 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 이산화탄소 포집 기술(Carbon Capture and Storage)을 통해 대기 중으로 배출하지 않습니다. 블루수소는 이산화탄소 배출의 문제를 줄이면서 수소 경제사회에 필요한 합리적인 비용의 수소를 생산해 낼 수 있다는 장점이 있는데요. 이러한 점 때문에 여러 기업에서는 블루 수소 산업에 적극적인 투자로 나서고 있습니다.

그레이수소는 천연가스와 화석 연료를 이용하여 만들어지는 수소로, 생산 과정에서 촉매 화학반응을 통해 수소와 이산화탄소를 만들어 내는데요. 예를 들어 수소 1kg을 생산한다고 가정할 때, 10kg의 이산화탄소가 배출됩니다. 그레이수소는 블루수소와 그린수소보다는 상대적으로 생산 단가가 저렴하지만, 이처럼 탄소 배출량이 많아 부생수소*의 생산량이 제한적일 수 있다는 한계점이 있습니다. 현재 시중에서 생산되는 수소의 약 96%는 그레이수소에 해당합니다.

*부생수소: 석유화학 공정이나 철강 등을 만들 때 발생하는 부산물로 나오는 수소.

비록 지금은 그레이수소의 수요가 비중을 많이 차지하고 있지만, 장기적으로는 기술 개발을 통해 경제성이 확보된 그린수소가 증가할 전망인데요. 한국에너지기술연구원 또한 그린수소 생산 시장에서 우위를 선점할 세계 최고 수준의 고성능, 고안정성 분리막을 개발한 바 있습니다.

연구진이 개발한 30kW급 알칼라인 수전해 스택 및 운전 장치 모습

이 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 수소에너지혁신기술개발사업과 공공연구성과 활용촉진 R&D 사업의 지원을 통해 2019년부터 지난 3년간 수행되었는데요. 이 기술을 통해 해외 상용 제품 대비 수소 생산 밀도는 3배 이상 향상하면서 수소와 산소의 혼합에 의한 폭발 위험은 현저히 억제할 수 있습니다. 연구진이 개발한 알칼라인 수전해 분리막과 스택 평가 플랫폼 기술은 GS건설(주)에 이전되었는데요. 연구진은 이에 만족하지 않고 지속해서 그린수소와 관련된 국내 자체 기술을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

차세대 알칼라인 수전해 분리막 기술로 그린수소 시장 선도할까? 한국에너지기술연구원이 그린수소* 생산 시장에서 우위를 선점할 세계... blog.naver.com

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수소위원회는 세계 수소 수요가 2030년에는 약 1억 톤,
2050년에는 5.5억 톤까지 증가할 것으로 전망한 바 있습니다.
날이 갈수록 청정한 수소를 만드는 기술의 중요성은 점점 더 커질 텐데요.
수소 관련 기술 개발과 상용화를 통해 친환경 에너지의 쓰임이
자연스레 여겨지는 날이 하루빨리 오기를 바라봅니다.

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