[환경] 05. 수소 경제는 실현 가능한가? (1)
수소 순환계에 대하여
수소 경제, 수소 에너지, 수소 자동차 등등
수소 사회가 탄소 중립의 핵심
이라는 슬로건과 함께,
수소와 관련된 용어들을 일상에서도 쉽게 접할 수 있다.
과연 수소 경제는 실현 가능한가?
수소 경제를 실현하기 위해서는 어떤 것들이 개발되고 수반되어야할까?
수소가 청정 에너지로 각광받게 된 경위는 아래와 같다.
이론상, 산소와 만났을 때 자발적으로(저절로) 전기에너지를 생성하면서도 부산물로는 물만을 내놓는다.
이러한 원리를 이용한 것이 바로 '연료전지(수소연료전지)'이다.
연료전지 반응식
연료전지 모식도 (출처: 두산모빌리티이노베이션)물론 무작정 수소와 산소를 합친다고 전기를 얻어낼 수 있는 것은 아니다. 연료전지 반응은 산화-환원 반응이기 때문에 한 쌍의 전극이 필요하고, 해당 전극들은 각각 수소를 산화시키는 반응, 산소를 환원시키는 반응이 잘 일어날 수 있게 해주는 촉매로 구성되어야 한다. 우측 그림과 같이 수소반응극으로 수소를, 산소반응극으로 산소를 흘려주며 두 전극을 외부 도선으로 연결하게 되면 해당 도선을 타고 전자가 흐르며 전기를 얻어낼 수 있게 된다.
사실상 산소는 대기 중에 21% 존재하기 때문에 산소를 구하기 위한 노력은 크게 하지 않아도 된다.
따라서, 수소가 일종의 연료로 작용하면서 전기를 얻어낼 수 있게 되고, 이러한 수소를 얻어내기 위한 노력들이 필요한 실정이다.
수소를 얻어낼 수 있는 방법은 뭐가 있을까?
이공계열 학생이라면/이었다면 물의 전기분해에 대해 들어봤을 것이다.
물의 전기분해 반응식간단히 말하면, 전기를 가하여 물을 수소와 산소로 분해하는 반응이다.
물로부터 수소 생산이 가능하며, 부산물로는 산소만을 내놓는다.
반응식을 들여다 보면 어디선가 본 것만 같은 기시감이 든다... (들어야 한다!)
물의 전기분해 반응은 수소연료전지 반응의 역반응이다.
그래서~
학계 및 산업계에서는 연료전지 반응과 물의 전기분해(수전해) 반응을 묶어서 함께 연구하곤 한다.
근데...
연료전지로 전기를 생산하고, 수전해 반응에는 전기를 써야 하면,
결국 '아무 일도 일어나지 않았다'가 되는 거 아닌가?
(사실은 과전압과 저항이 존재하기 때문에 오히려 손해만 보게 된다)
그래서 필요한 것이 '재생에너지'이다.
수전해-수소연료전지 시스템에서,
수소, H2는 일종의 에너지 저장체인 것.
재생에너지는 날씨 및 시간에 따라 가변적이며,
즉시 사용하지 않으면 소멸되므로 이를 저장할 필요가 있다.
재생에너지로 발전된 전기를 이용하여 수전해를 시켜 수소를 만들고,
이후 이 수소를 이용하여 다시 전기를 얻어내는 것이다.
본 글에서는 수전해와 수소연료전지 반응을 중심으로 하여
수소의 순환 체계에 대해 알아보았다.
다음 글에서는 이러한 수소 기반 시스템이 과연 효용이 있는가에 대해서 알아보자.
