[수소경제 ] ④ 수소에너지 의 기술 및 장단점

수소는탄소제로에 가까운 미래 청정 에너지원

이호선 기자 승인 2020.11.30 09:15 | 최종 수정 2020.12.31 13:15 의견 0
(사진=PIXABAY 이미지합성)

​◇ 수소에너지 기술

수소에너지 기술은 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리, 생산해서 이용하는 기술이다. 재생에너지원에서 얻은 전기를 수전해 기술을 이용, 물로 부터 수소를 제조한 후 제조된 수소를 저장용기에 저장하여 연료전지를 통해 전기로 변환시키는 방법이다. 수소를 이용해 전력저장을 하는 경우 단위체적당(m³) 압축공기저장 보다는 100여배, 양수보다는 380배 많은 전력에너지를 저장할 수 있다. 이와 같이 수소를 전력에너지 저장매체로서 활용하기 위해서는 연료전지와 전기분해 기술이 필요하다. 즉 OFF 피크 시간에 생산되는 잉여전력을 전기분해 장치로 수소를 만들어 저장한 후 이를 다시 전력으로 만들어 공급할 수 있다.

수소는 물의 전기분해로 가장 쉽게 제조할 수 있으나 입력에너지(전기에너지)에 비해 수소에너지의 경제성이 너무 낮으므로 대체전원(신재생에너지 등) 또는 촉매를 이용한 제조기술 연구가 한창이다. 수소는 가스나 액체로 수송할 수 있으며 고압가스, 액체수소, 금속수소화물(Metal Hydride, 금속과 수소가 직접 결합해 있는 화합물) 등의 다양한 형태로 저장 가능하다.

(자료=수소에너지 장단점 비교)

▲장점

수소는 물 또는 유기물질로부터 생산되므로, 그 양이 거의 무한정에 가까운 친환경 연료로 본다. 수소에너지는 지구온난화에 영양을 주는 이산화탄소(CO2)를 발생시키지 않고 에너지의 저장과 수송이 가능한 화학적 매체이다. 수소를 연료로 사용할 경우에 연소시 극소량의 질소산화물(NOx)을 제외하고는 공해물질이 생성되지 않는다. 즉 우리가 우려하는 환경오염을 줄이는 효과가 크다. 수소는 산업용의 기초 소재로부터 일반 연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용 가능하다.

미래 수소전기차 예상도 (자료=현대로템)

​미래차의 전개는 중단기적으로 수소차와 전기차가 병행하여 발전하겠지만 장기적으로는 수소사회 전환과 함께 수소차 시대가 전개될 것이며, 주요국들은 수소차 등의 미래차 산업 경쟁력 제고를 위해 정책 지원을 확대하고 있다. 또한 수소는 가연한계가 넓고, 최소 점화에너지가 작으므로 불꽃 점화기관에 적합하고, 희박한 혼합기를사용하는 경우에도 안정된 연소가 가능하다.

▲단점

대량 제조기술과 저장·운반·이용 기술 등 수소를 에너지원으로 상용화 하기엔 아직 해결해야 할 과제가 많이 남아있는 것도 현실이다. 특히 수소는 상온, 상압 (끓는점 -253℃)에서 기체로 존재하기 때문에 체적 당 에너지 밀도가 매우 낮아 저장 및 운반에 폭발에 대한 어려움이 있다. 수소가 대부분 다양한 원소와 화학적으로 결합된 상태라서 수소에너지로 사용하기 위해선 물(H2O)을 분해하거나 탄화수소(CnHm)에서 분리해야만 한다.

​현재 국내에서 생산되는 수소는 대부분 산업용으로 사용되고 있으며, 수송용 연료로 사용하기 위해서는 추가로 생산설비 증설이 필요하며 원유에서 추출되는 납사 등 탄소성분이 담당해 오던 원료부문 (합성수지, 섬유, 고무 등)을 대체하는 데는 한계가 있다.

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