전 세계적으로 탄소중립이 화두다. 탄소중립은 인간사회에서 배출되는 이산화탄소의 순 배출량이 0이 되도록 하는 것으로, 지구온난화에 따른 이상기후 현상을 막는 것이 주요 목적이다. 한국을 포함한 주요 경제국은 탄소중립 선언과 추진전략을 발표하고 있는데, 화석연료를 기반으로 한 사회에서 벗어나 신재생에너지 기반의 사회로 전환하는 것이다. 신재생에너지 사회에서의 에너지 활용방안은 신재생에너지 발전을 통해 얻은 전기에너지와 수소에너지를 사용하는 방법이다. 특히, 그중에서도 궁극적인 친환경 에너지로 평가받는 수소에너지가 각광받고 있다.(자료 출처: HMG저널)

수소는 왜 친환경 에너지로 불릴까?

그렇다면 수소는 어떻게 친환경 에너지원으로 평가받는 것일까? 수소를 연료로 하는 수소연료전지는 수소와 산소가 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는데, 이때 환경오염 물질은 전혀 배출되지 않고 부산물로 오직 순수한 물만 배출한다. 이런 점에서 수소는 청정 에너지원으로 주목받고 있으며, 수소와 연료전지만 있다면 전기에너지가 사용되는 모든 분야에 쉽게 적용할 수 있다는 것이 장점이다.

수소가 친환경적인 부분만 만족시키는 것은 아니다. 에너지는 생산 방법은 물론 저장부터 필요한 곳까지 운송하는 것 또한 중요한데, 신재생에너지의 간헐성과 불확실성으로 인해 저장 및 운송이 용이하지 않은 경우가 있다.

이런 면에서 수소는 기체, 액체 등 다양한 형태로 저장할 수 있어 에너지 저장수단으로써의 장점을 가지고 있다. 특히 대용량 저장 시 상대적으로 들어가는 비용이 낮고, 장시간 보관해도 에너지 손실이 거의 없어 대용량·장시간 저장에 특화돼 있다. 때문에 장거리 운송도 문제없는 것이다.

수소는 대부분 기체 상태로 탱크에 저장하는데, 밀도가 낮다는 특성 때문에 탱크와 같이 한정된 공간에 많은 양을 담기 위해서는 350bar 또는 700bar 같은 고압에서 압축해야 한다. 또, 수소를 액체로 액화시키면 700bar로 압축한 기체로 저장할 때보다 약 2배 많은 양을 저장할 수 있다. 다만 액화수소를 만들기 위해선 영하 235도까지 낮춰야 하고, 극저온에서도 사용할 수 있는 특수 용기가 필요해 여러 국가와 기업들이 관련 실증사업을 진행 중에 있다.

수소는 청정 에너지원으로나, 탁월한 에너지 저장수단으로서 가지는 매력적인 가치 덕분에 차세대 에너지원으로서의 가치가 충분하다. 그런데 왜 당장 탄소중립을 실현하는 것이 어려울까?

생산 방식과 친환경에 따라 나뉘는 수소

화석연료로부터 수소를 생산하는 그레이수소는 생산 시 이산화탄소를 배출한다

수소는 생산 방식과 친환경성 정도에 따라 그레이수소, 블루수소, 그린수소로 구분된다.

현재 생산되는 수소의 약 96%는 화석연료로부터 수소를 생산하는 ‘그레이수소’다. 그레이수소는 천연가스의 주성분인 메탄과 고온의 수증기를 촉매 화학반응을 통해 수소와 이산화탄소를 만들어내는데, 약 1kg의 수소를 생산하는 데 이산화탄소 10kg을 배출한다.

블루수소는 이산화탄소 포집 및 저장 기술을 활용해 그레이수소 대비 친환경성이 높다

블루수소는 그레이수소와 생산 방식은 동일하지만, 생산 과정 중 발생하는 이산화탄소를 대기로 방출하지 않고 포집 및 저장 기술인 CCS 기술을 이용해 이산화탄소를 따로 저장한다. 그레이수소보다는 이산화탄소 배출이 적어 친환경성이 높고, 이산화탄소 포집 및 저장 기술 또한 높은 성숙도와 경쟁력이 확보돼 가장 현실적인 대안으로 주목받고 있다. 다만, 이산화탄소를 완전히 제거하진 못해 그에 따른 한계도 존재한다.

이산화탄소를 다량 배출하는 화석연료 기반이 아니라, 반드시 신재생에너지를 통해 얻은 전기로 수소를 만드는 것이 그린수소의 핵심이다

수소에너지 중에서도 미래의 궁극적인 청정 에너지원으로 주목하고 있는 것은 그린수소다. 그린수소는 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수소로, 태양광 또는 풍력 같은 신재생에너지를 통해 얻은 전기에너지를 물에 가해 수소와 산소를 생산한다. 따라서 생산 과정에서 이산화탄소 배출이 전혀 없어 ‘궁극적인 친환경 수소’라 불린다.

각국은 그린수소 생산과 사용을 장려하기 위해 여러 제도를 구축하고 있다. 유럽연합(EU)은 블루수소, 그린수소 인증 기준을 마련하는 한편 수소의 친환경성을 인증하는 ‘수소 원산지 보증제도’ 시스템을 2016년부터 구축했다. 한국은 2021년 3월 제3회 수소경제위원회에서 청정수소 사용 장려를 위한 ‘청정수소 인증제’ 도입 계획을 밝히기도 했다.

진정한 그린수소사회를 위한 로드맵

그렇다면 현재 수소의 약 96%를 차지하는 그레이수소 대신 더 친환경적인 그린수소를 사용하지 못하는 것일까? 먼저 신재생에너지로부터 전력을 생산하는 단가가 높다는 점, 아직까지는 그린수소를 생산하는 수전해 설비의 효율이 낮아 수소 생산을 위해 많은 전력을 사용한다는 점 등 경제적, 기술적 한계로 현재는 그레이수소를 주로 사용하는 것이다.

따라서 단기적인 방안으로 그레이수소보다 친환경적인 블루수소 확대를 위해 이산화탄소 포집 및 저장기술 고도화와 포집 비용을 낮추는 연구개발을 진행하고 있다. 그러나 장기적으로는 그린수소 사용이 주를 이루는 전략이 탄소중립의 핵심인 만큼, 수전해 및 신재생에너지 발전 기술, 그린수소 인프라 등 그린수소사회 구축을 위한 다양한 노력을 진행하고 있다. 특히 재생에너지가 풍부한 북아메리카나 유럽 일부 지역에서는 그린수소 생산을 위한 대용량 수전해 실증사업을 진행하고 있는 상태다.

현대자동차그룹은 수소선박, 열차, 드론 외에도 관련 기반 산업 분야에 수소에너지 인프라를 구축할 예정이다

현대자동차그룹 또한 그린수소 기반의 지속가능한 미래를 위해 수소에너지 영역을 수소드론, 선박, 열차, 도심 항공 모빌리티(UAM, Urban Air Mobility)로 확대하고 있는 한편, 모빌리티뿐 아니라 에너지, 신소재, 철강 화학 등 기반 산업 분야의 동반성장을 통해 수소생태계 구축에 앞장서고 있다.

나날이 심각해지는 환경오염과 이상기후 현상을 막기 위한 탄소중립 실현의 해결책이 될 그린수소. 그린수소가 가진 가능성이 만들어 갈 지속가능한 미래를 기대해보자.