文在寅 大統領이 17日 午前 蔚山市廳 大會議室에서 열린 '水素 經濟와 未來 에너지, 蔚山에서 始作됩니다' 行事에서 發言하고 있다. 聯合뉴스
지난 1月 17日 文在寅 大統領은 蔚山에서 ‘水素經濟’ 로드맵을 發表했다. 2030年 水素車와 燃料電池 分野에서 世界 市場 占有率 1位를 達成하겠다는 비전이다. 先進國을 빠르게 쫓아가기보단 世界 市場을 主導하기 위한 革新成長 動力으로 ‘水素’라는 키워드를 提示한 셈이다.
水素經濟의 核心은 水素 車와 水素 燃料電池다. 水素 車는 이미 現代車가 2013年 水素 燃料電池車를 世界 처음으로 量産하기 始作했다. 水素 燃料電池는 水素를 燃料로 電氣에너지를 만든다. 水素와 空氣 中의 酸素를 反應시켜 물과 電氣에너지를 얻어내는 原理다.
化學 反應으로 바로 電氣에너지를 만들기 때문에 熱로 만든 水蒸氣로 터빈을 돌리는 火力發電이나 原子力發電, 水力發展보다 效率的이라는 評價를 받는다. 또 溫室가스가 發生하지 않아 代表的인 淸淨에너지로 꼽힌다. 하지만 科學者들의 反應은 엇갈린다. 언뜻 보면 效率的일 것 같지만 水素를 生産하는 方式을 꼼꼼히 들여다보면 實相은 다르기 때문이다.
● 水素 生産 技術 經濟性은 ‘물음標’
宇宙 質量의 約 75%를 차지하는 水素는 宇宙에서 가장 豐富하고 가벼운 元素다. 모든 有機化合物에는 水素가 結合돼 있다. 地球에서는 純粹한 水素 氣體 狀態로 存在할 수 없기 때문이다. 太陽은 巨大한 水素 덩어리다. 水素는 宇宙에서 太陽과 같은 恒星이 스스로 빛과 에너지를 내는 核 融合 反應의 材料가 된다.
水素를 生産하는 代表的인 技術은 電氣分解다. 물에 電氣에너지를 加해 水素와 酸素로 分離해 水素를 얻는 方法이다. 水素를 얻으려면 電氣에너지를 投入해야 한다는 意味다. 이 때 必要한 電氣에너지를 太陽光과 같은 新再生에너지로 充分히 얻을 수 있다면 經濟性 確保가 可能하다. 또 溫室가스를 排出하지 않아 淸淨에너지로 자리매김할 수도 있다.
그러나 太陽光이나 風力 에너지를 꾸준히 만들어내기 어렵다. 發展 單價도 旣存 火力發電이나 原子力發電에 비해 비싸다는 게 大體的인 見解다. 結局 旣存 發電所에서 生産한 電氣에너지度 投入돼야 하는데 果然 經濟性이 있는지 疑問이 드는 대목이다.
水素 充電 인프라 構築에도 天文學的인 費用이 必要하다. 産業部 基準에 따르면 1km를 가는 데 드는 費用이 電氣車는 49원, 水素 燃料電池車가 83원, 揮發油車는 116원이다. 內燃機關보다는 적은 費用이 드는 것으로 分析됐지만 水素 充電 인프라가 不足한 點을 勘案하면 決코 經濟性 있는 數値가 아니다. 水素 充電 施設 한 곳을 만드는 데 約 30億원 所要되는 것으로 豫想된다. 水素 燃料電池의 核心 部品으로 값비싼 白金이 觸媒劑로 使用된다는 點도 負擔이다.
水素燃料電池를 適用한 常用 車輛이 出市되면서 水素燃料電池에서 使用되는 觸媒의 役割도 注目받고 있다. 現代自動車 提供
石油 精製 化學 反應에서 發生하는 이른바 ‘復生水素’를 利用하자는 意見도 있다. 石油 化學 强國인 長點을 十分 利用하자는 것이다. 天然가스에 包含된 메탄으로 化學反應을 통해 水素를 얻을 수도 있다. ‘抽出水素’로 불리는 이 方式은 高溫 環境에서 메탄의 觸媒 反應을 利用해 水素를 얻는다. 復生水素는 炭素를 排出하는 石油化學 産業에서 나온다. 抽出水素는 메탄이 分解되는 過程에서 二酸化炭素가 排出된다. 이런 理由로 復生水素와 抽出水素 모두 淸淨에너지라고 부르기 어렵다.
● 先進國, 超高溫 가스로 技術 앞서...“多樣한 技術 檢討하고 성숙시켜야”
學界에서는 熱化學 工程을 利用해 물을 水素로 分解하는 方案도 硏究되고 있다. ‘超高溫 가스로’로 불리는 이 技術은 原子爐에서 나오는 高溫의 熱을 利用해 물을 分解하고 水素를 生産하는 方式이다.
現在 韓國原子力硏究院이 硏究中인 超高溫 가스로는 原子爐를 식히는 冷却材로 물을 쓰지 않고 헬륨을 쓴다. 헬륨을 冷却材로 쓰면 原子爐 콘크리트나 隔壁이 견딜 수 있을 만큼 原子爐 冷却을 위한 閉回路의 溫度를 높일 수 있다. 現在 約 900度까지 溫度를 높일 수 있는 것으로 알려졌다. 高溫 環境에 投入된 물은 적은 電氣에너지만으로도 쉽게 分解된다. 經濟性 있는 效率的인 電氣分解로 水素 生産이 可能하다는 것이다.
美國이나 日本 等 先進國들은 超高溫 가스로 硏究에 功을 들이고 있다. 韓國原子力硏究員도 超高溫 가스로를 設計하고 熱化學 工程을 이끄는 데 必要한 ‘高溫 熱傳達 實驗’, 高溫의 熱을 熱化學 工程에 傳達하는 熱交換 機器 核心 技術 等을 開發하고 있다.
김민환 韓國原子力硏究院 高溫가스로開發部長은 “美國과 日本이 超高溫 가스로 關聯 技術 分野에서 한발짝 앞서나가고 있으며 韓國은 技術 命脈만 維持하고 있는 水準”이라며 “復生水素와 抽出水素뿐만 아니라 水素 生産 超高溫 가스로 等 多樣한 技術을 함께 성숙시켜야 政府의 水素經濟 비전이 具現될 수 있을 것”이라고 말했다.
