신재생에너지의 현황
수소경제는 가능할까?
신재생에너지라는 것은 무엇일까?
신재생에너지는 신에너지와 재생에너지의 합성어이다. 신에너지는 앞으로 얼마나 많은 새로운 에너지가 나오게 될지 모르겠지만, 내가 아는 한 현재 수소에너지가 있다. 그에 비해서 재생에너지는 태양광, 풍력, 지열, 조력, 파력 등등 자연에서 얻을 수 있는 에너지를 변환해서 전기에너지로 만들 수 있는 에너지라고 알고 있다.
신재생에너지가 중요하게 된 이유는 지구온난화와 관련이 깊다.
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=572148&cid=46617&categoryId=46617
네이버 지식백과에 따르면 지구온난화가 1970년경부터 논의되기 시작했고 산업화로 인해 온실가스가 증가하게 되었고, 대기 중의 온실가스로 인해 빠져나가야 할 빛이 반사되어 되돌아오면서 지구의 온도가 점차 높아지고 있다는 것이 과학자들에 의해서 관측되었다. 지금은 대다수 과학자들에게 정설로 받아들여지고 있는 상황이며 6대 온실가스 <이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF₆)>를 지정하고 배출을 줄이기 위한 국제적 협의를 진행하고 있다.
우리나라에서도 문재인 대통령의 2050 탄소중립 선언이 있었다. 6대 온실가스 중에서 4가지가 탄소를 포함하고 있고, 온난화의 주범 중의 주범을 지정하자면 이산화탄소를 꼽을 수 있다. 그래서, 화석연료 사용시 가장 많이 배출되는 이산화탄소의 배출을 2050년까지 더이상 증가하지 않도록 하겠다는 선언이 2050 탄소중립선언이다. 하지만, 이 선언이 지켜지기 위해서는 우리나라로서는 경제성장을 담보로 많은 것을 포기해야만 하는 상황이다. 개인적 의견으로는 저 선언은 달성하지 못할 가능성이 훨씬 높다고 생각한다.
신재생에너지가 중요하게 된 원인을 요약하여 말하자면, 지구의 온도가 높아지고 있고 그 주요 원인은 탄소를 배출하는 화석연료의 사용이었다. 따라서, 미래 인류의 지속적 생존을 담보하기 위해서는 탄소배출이 없는 에너지로의 전환이 시급하게 되었다. 그래서, 지금 전기차의 보급률이 올라가고, 태양광을 설치하고, 풍력발전기를 산에 짓고 있는 것이다.
태양, 바람, 파도에서 낭비되는 에너지를 전기에너지로 전환해서 사용할 수 있다면, 화석연료로 인해서 온도가 올라간 지구의 기후변화위기에 대응할 수 있을 것이다.
그런데, 재생에너지는 항상 일정하지가 않다. 태양광은 날씨에 따라 발전량이 다르고, 바람이 항상 똑같은 속도로 부는 것도 아니다. 그렇다 보니, 재생에너지만을 믿고 모든 에너지를 포기하는 것은 현대사회에서 선택할 수 있는 방향이 아니다.
그래서, 낮에 생산된 깨끗한 전기를 저장해서 밤에 사용할 수 있도록 하기 위해서 ESS(=대용량 에너지 저장 시스템)을 개발하여 태양광에서 생산된 전기를 저장하도록 시스템을 갖췄다. 그런데, ESS에서 화재사고가 다수발생했고, 안전성을 보장하지 못한 ESS를 모든 태양광 시스템에 까는 것이 주춤하고 있는 상황이다.
이 때, ESS를 대체할 수 있는 저장방식이 있으니 그것이 수소다.
수소는 우주에서 가장 흔한 원소이다. 지구의 대기의 80%가 수소로 이루어져 있고, 그 수소를 이용해서 전기를 생산할 수 있다면, 에너지의 혁신이 이루어 질 수 있을 것이다. 하지만, 대기의 수소를 포집하여 에너지원으로 쓰는 것은 배보다 배꼽이 훨씬 큰 일이다. 현재의 수소가 만들어지는 방식은 기존 화석연료를 이용한 산업생산에서 나오는 부생수소를 포집하는 방식이 있다. 대부분의 정유소에서는 원유를 정제하면서 부수적으로 많은 수소가 나오는 데 이것을 포집해서 공장을 재운용하는 데 사용하고 있다.
이 수소를 이용해서 전기에너지를 만드는 것이 수소연료전지이다. 수소연료전지를 차량의 엔진대용으로 사용하는 것이 현재 현대에서 만들고 있는 수소차, 넥소이다. 현대는 오래전부터 전기차로 지구온난화를 막을 수 없다고 보고, 수소경제로의 에너지전환을 지속적으로 부르짖었다. 결국, 수소차도 만들어지고, 수소트럭도 만들어지고 수소를 활용한 교통방법은 다 만들어졌다.
그런데, 수소가 없다. 수소는 전 우주 여기저기에 있지만 우리는 그 수소를 에너지원으로 사용할 수가 없다. 수소를 만들 수는 있다. 물을 전기분해하면 수소와 산소가 나온다. 그럼 문제가 없지 않느냐고 생각하겠지만, 수소를 만드는데 돈이 더 많이 들어간다. 지금 우리가 원유를 가공해서 쓰는 이유는 가격대비 에너지효율이 원유보다 나은 에너지원이 없기 때문이다. 태양광도 풍력도 지열도 에너지를 만들어 내는 데 들어가는 비용으로 따지자면 원유를 따라갈 수가 없다. 또한, 우리나라가 다시 개발을 시도하고 있는 원자력도 값싼 에너지라고 불리지만, 그 폐기물 처리비용까지를 생각한다면 결코 원유보다 싸게 사용할 수 없는 에너지이다.
결국, 돈이 문제가 되는 것이다.
그래서, 수소를 부를 때 다양한 색상의 이름을 붙여서 부른다. 단계별로 그린, 블루, 그레이, 브라운 수소 등등으로 불린다.
▷그린수소는 태양광이나 풍력 등 재생에너지에서 나온 전기로 물을 전기분해하여 생산한 수소를 ▷그레이수소는 천연가스를 고온·고압 수증기와 반응시키는 개질수소와 석유화학 공정에서 발생하는 부생수소를 ▷브라운수소는 갈탄·석탄을 태워 생산하는 개질수소를 ▷블루수소는 그레이수소를 만드는 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집·저장하여 탄소 배출을 줄인 수소
[네이버 지식백과] 수소 생산 방식 (시사상식사전, pmg 지식엔진연구소)
현재 우리나라에서 산업활동을 통해서 자연적으로 발생하는 수소는 우리가 현재 사용하는 수소의 20~25%(정확하지 않음)에 불과한 것으로 알고 있다. 나머지 우리가 필요한 수소는 수입하거나, 만들어내야 한다.
① 석유화학 공정이나 철강 등을 만드는 과정에서 부수적으로 나오거나(부생수소) ② 천연가스를 고온·고압에서 분해하거나(개질수소) ③ 물(H2O)을 전기분해(수전해)하는 방법이 이에 해당한다. 현재 전 세계에서는 개질수소 생산법이 가장 높은 비율
현재 주로 사용하는 방법이 천연가스를 고온, 고압에서 분해하여 만들어내는 개질 수소이다. 하지만, 이 개질 단계에서는 당연히 탄소가 배출된다. 이 배출되는 탄소를 포집할 수 있으면 그레이 수소에서 블루 수소가 될 수 있는 것이다.
천연가스는 자체로 에너지원이다. 그 에너지원을 전기를 사용하여 수소로 가공하니 에너지 효율이 떨어지게 된다. 최종적으로는 우리는 3번째 생산방식인 그린수소로 이동해야 한다. 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 방식이 최종적인 수소경제를 완성할 수 있는 길이다.
하지만, 다시 한번 말하지만 문제는 돈이다. 수전해방식은 돈이 훨씬 많이 든다. 수소를 생산하기 위해서 전기가 들어간다. 생산한 수소를 운반하는데 돈이 들어간다. 수소를 이용해서 전기에너지를 만들어 내는데 또 효율을 손해봐야 한다. 결국, 수소를 차세대 에너지원으로 하기 위해서는 이 경제효율성을 어떻게 극복하느냐가 관건인 것이다.
