우리나라뿐만이 아니라 세계 시장을 봤을 때도 수소 기관의 비율은 매우 적은 수치이다. 그럼에도 불구하고 우리가 미래를 위해 준비하고 있는 수소 사회에 대해 개인적 사견을 넣어 얘기해보고자 한다.
과연 수소가 친환경적인 에너지인가에 대한 많은 의문들이 있다. 그리고 그런 의문들은 우리가 수소를 구분하고 있는 4가지의 다양한 생산 방식에서 시작된다.
수소는 추출되는 방식에 따라 그레이, 브라운, 블루, 그린, 크게 4가지로 구분된다. 그린은 제외한 나머지 수소는 추출 또는 개질의 과정에서 탄소가 발생되는 즉 탄소 0에 도움이 되지 않는 소수이다. 예를 들어 용광로에서 열에 의해 방출되는 수소를 포집한다거나 석유화학 공정에서 발생되는 부생수소, 메탄이나 천연가스에서 분리하여 만들어내는 수소가 있다. 결국 친환경적인 수소를 만들기 위해서는 친환경에너지를 사용해 만든 전기를 통해 물에서 분리해내는 방법이 유일하고 그 방법을 확대하는 것이 결국 다음 세대를 위한 선택일 것이다.
그렇다면 과연 물에서 수소를 전기를 사용해 분리하는 것이 효율적인지를 봐야 하는데, 많은 사람들의 의견이 나눠지는 부분이 이 포인트이다.
결론에 앞서 우리가 가장 많이 사용하고 있는 내연기관의 시스템을 보자면 가솔린 기관은 20~30%, 디젤기관은 30~40% 정도의 효율을 갖고 있다. 기존 석유 또는 석탄 기반의 에너지는 평균적으로 30% 전후의 에너지 효율을 갖는다. 그리고 그 효율에서 에너지 전환 간 loss 되는 부분을 감안한다면 예상컨대 20~25%가 될 것이다. 20~25%의 효율을 친환경적 발전으로 만들어 낼 수 있다면, 일부 제한된 산업군 외에서는 친환경 에너지를 사용하지 않을 이유가 없다. 21년 기준으로 각국에서 사용하고 있는 대표적 친환경 발전인 태양광은 20% 정도의 효율을 보이고 있고 수치적으로는 29%까지 발전 가능성이 있다. 수년 전 독일에 모 연구소에서 선행개발을 통해 만들 셀의 경우 40%까지 올릴 수 있다 하니 분명 이 시기에 모두가 떠들어되는 내연기관의 종말이 찾아 올 수도 있겠다.
친환경 발전을 통해 수소를 물에서 분리하여 다시 사용한다는 것이 미친 소리로 들릴 수도 있다. 그냥 그 전기를 쓰면 되는 것이 아닌가 하겠지만, 전기는 스토리지도 힘들고 방전도 많이 된다.(전고체가 나오면 잘 모르겠다.) 그리고 모든 곳에서 친환경 발전이 잘되는 것도 아니다. 빛이 많은 곳에서는 광셀로, 바람의 나라에서는 풍력으로, 서핑이 좋은 곳은 파력/수력 발전을 하는 것이 훨씬 효율적이다. 문제는 그럼 그렇게 발전된 전기를 어떻게 나눠 쓰냐 이다. 사막에서 태양광과 열로 발전된 전기를 전선을 통해 주변국 또는 바다를 건너는 것은 미친 짓이다. 바로 그 지점에서 우리가 얘기하는 수소 사회가 나오는 것이다. 각 지역에서 최적 친환경 발전을 통해 만들어진 전기를 수소로 변환하여 LNG선처럼 타국으로 수송하는 에너지 매개체로 우리는 수소를 바라봐야 한다.
- 수소 안전한가? 과연 이동이 용이한 에너지원이 맞을까?
일부 이 산업에 관심이 없는 분들은 수소차와 수소폭탄을 연계하여 말씀하시지만 사실 수소폭탄은 핵융합 기반의 폭탄으로 핵분열을 통한 핵융합이 가능해야 한다. 즉 핵폭탄이 있어야 만들 수 있는 폭탄이다. 다만 그분들의 두려움은 수소 폭발 가능성에서 왔다고 보인다. 하지만 충분히 각종 EC 규제와 실험들을 통해 검증하니 막연한 두려움은 안 가져주시면 좋겠다. 사실 기름을 넣고 다니는 자동차도 똑같이 무서워야 하는 존재이다.
본론으로 돌아와 수소는 담기도 힘들고 넣기도 힘든 기체가 맞다. 생산 중인 수소 저장 시스템은 크게 350 bar와 700 bar가 있다. 공대를 나오신 분들이면 알겠지만 압력은 부피와 비례한다. 하지만 항상 그렇지는 않다는 점도 알고 계실 것이다. 350에서 700으로 간다고 저장량이 2배가 되지 않는다.(이유는 역학에 잘 나와 있다.) 따라서 기체 사태로 저장하는 것은 700 바가 그나마 효율적 영역에서 한계치이다. 그러한 이유로 산업 시장에서는 다양한 수소 운송을 검토하고 있다.
1. 액화
- 수소를 냉각하고 액화하여 운송한다. 이 방법은 개인적으로 단거리나 소량에서는 좋을 것 같으나 위에 설명한 수소사회를 위한 부분으로는 부족하다. 일단 비싸고 액화 시 20K(-250~253도)까지 온도가 떨어져야 하는데 단열과 안전 확보에 대한 논리가 나로서는 완벽하게 될지 모르겠다 그렇지만 우리나라에서 액화수소 이송 및 저장장치를 선행 개발하고 있으니 믿고 응원해보자, 연구원분들이 해내시기를 진심으로 기도한다.
2. 변환 운송
- LOHC 또는 NH3를 활용한 운송이 우리가 바라보는 수소의 가장 이상적인 운송법이라 생각한다. 유기 수소 화합물(Liquid Organic Hydrogen Carrier) 또는 무기 수소 화합물인 NH3(암모니아)를 활용하면 그 비용과 이송의 유연성이 좋아질 것이다. LOHC의 경우 상압 상온 상태에서 운송 및 저장이 가능하며 우리나라 또는 해외에 있는 석유 설비, 인프라를 유지하여 사용이 가능하다. 암모니아 역시 수소에 비해 매우 냉각 가능한 -33도에서 액화가 가능하며 액화도 쉽다. 다만 그린 수소를 공기 중 질소와 합성하는 공정이 필요하나 충분이 가능한 공정이라 보인다. 또한 우리나라가 암모니아에서 수소를 변환해내는 기술도 잘 갖고 있으니 운영하는데 큰 문제는 없어 보인다.
세계 최고의 LNG 기술과 친환경 에너지에 대한 투자 그리고 이미 양산하고 있는 수소 시스템이 있는 우리나라에 기대를 걸어본다. 세부적으로 뜯어보면 그 속에 이슈와 많은 문제점들이 보이지만 우리는 분명히 수소사회를 선도하는 위치에 있다. 단순히 뉴스나 인터넷에서 떠드는 면만 보지 않고 수치와 정보를 통한 비판과 그 비판을 수용하고 나아가는 연구원들 기업이 있는 한 우리는 천재일우의 기회를 맞이하지 않을까!
