[과학세계]친환경 사회의 필수조건 ‘수소에너지’

전기차가 대세로 떠오르면서 ‘수소차’는 판매가 부진하다. 이 상황을 보고 “수소는 미래 에너지로서 가치를 잃은 것 아니냐”는 이야기도 나온다. 하지만 사회 전반적으로 볼 때 수소는 결코 포기할 수 없는 큰 가치가 있다. 환경오염 물질도 배출하지 않으면서 높은 열량을 갖고 있어, 응용하기에 따라서 쓸 곳이 무궁무진하다.

수소에 대해 한 가지 알아야 한 가지 알아야 할 점이 있는데, 수소는 어디까지나 다른 에너지를 써서 만들어야 하는 2차 에너지, 즉 ‘에너지 전달물질’이라는 점이다. 물을 전기로 분해하면 수소를 얻을 수 있지만, 이때 전기가 필요하니 다른 에너지를 넣어 수소를 만드는 셈이 된다. 천연가스에서 뽑아낼 수도 있지만, 이 역시 재료로 천연가스가 필요하고, 그 변환과정에도 전기 등의 에너지가 추가로 들어간다.

이 때문에 ‘결국 수소는 청정에너지는 되지 못한다’고 생각하는 경우도 자주 볼 수 있다. 이런 이야기는 일부는 맞고 일부는 틀릴 수 있는데, 석탄화력발전소를 생각해보면 알 수 있다.

모든 가정에 소형 석탄 자가발전기를 갖추고 전기를 직접 생각한다면 도시 환경은 어떻게 될까. 아마도 미세먼지와 매연 등으로 숨도 쉬기 어려울 것이다. 반면 대형 석탄화력발전소를 최신 기법을 적용해 건설하면 효과적인 환경관리가 가능해진다. 현재 각종 건축물과 자동차 등에 석유, 액화석유가스(LPG), 액화천연가스(LNG), 휘발유 및 경우 등의 화석연료를 대량으로 사용하고 있는데, 이런 에너지를 수소로 대체할 경우 우리 환경은 한층 더 깨끗해질 것이다.

물론 발전소 및 수소생산시설에서 발생하는 이산화탄소, 미세먼지 등의 각종 환경오염 물질을 효과적으로 관리해야 한다는 전제조건이 따라붙는다. 즉 ‘이산화탄소 등 환경오염물질을 일괄 관리할 수 있는 점’이 수소가 청정 에너지인 진짜 이유라고 보아도 무리가 없다.

운송 분야에서도 수소는 여전히 큰 가치가 있다. 특히 트럭 등 대형 운송수단에 적합하다. 이 기술은 이미 상용화 단계다. 얼마 전 국내에서 개발한 수소 트럭이 최근 스위스에서 누적 운행 거리 1000만 ㎞를 달성해 화제가 됐다. 자동차는 물론 선박 등에도 수소를 적용하려는 연구가 많다.

최근엔 수소 항공기 개발도 경쟁적으로 진행 중이다. 수소 발전소를 짓는 일도 있는데, 원료인 수소를 만들 때 1차로 다른 에너지가 필요하므로 이론적으로는 의미를 찾기 어렵다고 여겨질 수 있다. 그러나 석유정제과정에서 생겨나는 ‘부생수소’를 활용할 경우 석탄이나 천연가스 발전소 부담을 줄일 수 있다는 점에서 가치가 있다.

관건은 사회 인프라다. 수소에너지를 실용화하려면 여러 가지 시설이 필요하다. 자동차를 운행하려면 충전시설이 필수다. 수소를 보관하려면 매우 높은 압력의 보관시설이 필요하므로, 수소충전소를 만들 때는 LPG 자동차 가스 충전시설과 비교하면 훨씬 많은 건설비가 들어간다.

이런 문제를 해결하기 위해 수소를 암모니아로 바꾸어 유통하는 기술도 고려되고 있다. 따라서 수소나 암모니아를 사회 곳곳에서 LPG나 LNG처럼 사용하기 위한 계량기술도 필요하다. 수소에너지를 직접 전기로 변환하는 수소연료전지(HFC) 기술의 지속적 연구개발도 반드시 이어져야 한다. 이 같은 기술이 완성돼 갈수록 다양한 곳에 수소를 공급할 수 있는 시설도 점차 확충돼 갈 것이다.

수소는 취급하기에 따라 환경을 크게 개선할 수 있는 깨끗하고 안전한 차세대 연료다. 수소가 다양한 곳에 쓰일수록, 탄소중립 사회에 한 걸음 더 다가선, 더 깨끗한 세상이 되지 않을까 기대해 본다.

전승민 과학기술 전문 저술가

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