청정에너지를 향한 그린 수소

해마다 심각해지는 이상기후로 예상을 뛰어넘는 자연재해들이 지구 곳곳에서 잇따르고 있습니다.
2023년은 기록적으로 가장 더운 해였고 2024년은 이보다 더 더울 것이라고 전망하고 있습니다.
기후변화로 인한 재해들을 막기 위해서는 탄소 배출을 줄이는데 온 힘을 다해야 할 것입니다.
그래서 수많은 연구와 기술 개발이 시급히 이루어지고 있습니다. 에너지전환으로 탄소 배출을 제로로 만들 수 있는 획기적인 무기가 바로 수소입니다.

우주와 우리 주위에 흔한 수소를 에너지로 이용할 수 있다는 사실은 아직 생소합니다.
재생에너지에 이어 빠르게 성장하고 있는 신에너지 수소를 알아보겠습니다.

신에너지로의 수소

지난해 수소 시장의 규모는 159억 6천만 달러로 전년 대비 17.7% 성장했고 매년 9.2%씩 성장할 예정입니다.
수소에너지의 장점은 구하기 쉽고 에너지 밀도와 효율이 높고 오염물질을 배출하지 않습니다.
그러나 이를 제대로 쓰려면 생산, 저장, 운송, 활용할 수 있는 인프라와 기술력이 바탕이 돼야 합니다.

한국의 수소 에너지 어디까지 왔을까요?
아직까지 화석연료에 에너지 인프라가 집중되어 있어 수소 에너지로 전환하는데 많은 시간과 비용이 들 것입니다.
수소 공급망은 단순하게 해안가에 생산기지가 있고 튜브트레일러를 통해 수소 충전소로 운송되고 있는 구조입니다.
수소의 생산부터 소비에 이르기까지 단순한 공급망이라 어느 한 곳에 문제가 생기면 수소 대란이 발생될 수 있습니다.
복구하는데 사회적 비용 손실을 비롯해 대중의 기대치에 부응하지 못하면 빠르게 사라질 위험이 있습니다.
재생에너지와 연계하여 탄소 배출 없이 생산해야 하는 까다로운 조건 속에 그린 수소, 블루 수소, 그레이 수소가 등장합니다.
현재 공급되고 있는 수소의 80% 이상이 그레이 수소입니다.
그레이 수소는 천연가스인 메탄을 개질해 생산하여 화석연료와 기존 인프라를 이용합니다.
생산된 수소량의 10배가 되는 탄소가 배출되기 때문에 청정에너지가 아닙니다.
이 생산과정에서 배출되는 이산화탄소를 포집해서 저장하는 ccus 기술을 적용해 탄소 배출량을 제로로 만든 것이 바로 블루 수소입니다.
그린 수소는 신. 재생에너지를 이용해 물을 전기분해하면 수소와 산소가 생산됩니다. 탄소 제로를 위해서는 그린 수소를 써야합니다. 이를 위해서는 기술력과 인프라를 확보해야 합니댜.
그린 수소 생산과 공급이 원활할 때까지 탄소 배출을 조절할 수 있는 블루 수소를 쓰는 게 현실적인 대안입니다.
그러나 블루 수소가 대안인 될 수 있을지 많은 전문가들은 우려하고 있습니다.
생산 시 필요한 액화천연가스 LNG라고 부르는 메탄은 이산화탄소보다 82배 넘은 강력한 온실가스입니다. 게다가, 시추와 저장, 운송, 포집 과정에서 대기 중으로 새어나가는 메탄 슬립은 기후 위기에 엄청난 영향을 미칩니다.
전문가들은 블루수소 생산과정에서 탈루되는 메탄이 약 3.5%이고 이는 화석연료보다 60% 더 많은 온실가스를 배출하고 있다고 분석했습니다. 뿐만아니라 그린수소로의 전환을 지연시킬 것으로 예상하고 있습니다. 

나라별 그린수소 생산현황

미국은 블루 수소와 그린 수소를 청정에너지로 인증하고 있고 수소에너지로의 전환을 빠르게 진행하고 있습니다.
독일과 일본은 수소 인프라가 비교적 발달한 나라이지만 블루 수소의 온실가스 배출 문제를 해결하지 못하고 있습니다.
수소에너지의 수요, 공급을 안정적으로 확보하기 위한 시장규모만 성장시켜 그린 수소로 빠르게 전환할 전략이 시급합니다.
유럽 국가들은 현재 러시아, 우크라이나로부터 천연가스를 공급받아 블루 수소를 생산하고 있습니다. 그러나 전쟁으로 공급에 차질이 생겼습니다.
EU는 2030년까지 그린 수소 2500만 톤을 생산하겠다고 발표했습니다. 이 정책으로 천연가스 소비량을 약 19% 줄였습니다. 그래서 재생에너지로 수소를 생산하는 데 박차를 가하고 있습니다.
또한 EU는 2050년까지 그린 수소에 약 678조 원을, 독일은 2030년까지 그린 수소 생산 설비에 약 13조 원을 투자, 미국은 10년 내 그린 수소 가격을 1Kg당 1달러 이하로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다.
네덜란드는 간척지와 북해에서 신재생에너지로 그린 수소를 생산하는 대규모 프로젝트를 실시하고 있습니다.
한국은 2050년까지 그린 수소를 연간 2790만 톤 확보하고 그린 수소를 1Kg당 2500원으로 낮추겠다는 목표를 가지고 있습니다.
이렇게 그린 수소는 글로벌 에너지 시장에서 다른 에너지원보다 시장 경쟁력을 빠르게 확보해 나가고 있습니다.

그린 수소 생산을 위한 신기술 동향

그린 수소 생산을 위해서는 재생에너지를 통한 전력 확보가 필요합니다.
전남 신안에 운영 중인 솔라시티 발전소는 288메가 와트를 생산하여 세계에서 두 번째로 규모가 큽니다.
그리고 바다로 둘러싸인 우리나라에서 해상풍력의 성장률은 높을 것으로 전망하고 있습니다.
재생에너지 전력 생산은 간헐적이라 생산량이 많은 날엔 과부하를 막기 위해 출력 제한을 하여 발전을 멈추게 해야 하는 한계가 있습니다.
그래서 저장 수단인 고용량 ESS 확보가 필요합니다. 그린 수소를 안정적으로 저장하고 운송하는데 ESS를 활용한 공급망 확대가 시급합니다.
뿐만 아니라 광촉매를 활용한 그린 수소 대량생산 기술, 태양전지의 신소재 페로브스카이트 개발,  폐수 속 요소에서 수소를 추출하는 방식이 최근 활발히 연구되어 대량생산을 위한 많은 기술을 축척하고 있습니다.
탄소 배출 제로의 에너지는 머지않아 이루어질 것입니다.