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[대덕포럼] 수소 사회를 앞당기는 화학기술

2021-01-26 기사
편집 2021-01-26 07:42:10

 

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첨부사진1최원춘 한국화학연구원 부원장

화석연료에는 탄소가 포함돼 있다. 따라서 사람이 이를 사용해 에너지를 뽑아 쓰고 나면 항상 이산화탄소가 남는다. 이산화탄소는 온실가스로서 지구온난화를 유발하는 이상기후의 주범이다. 예전에는 화석연료의 고갈을 걱정했다면 지금은 당장 코앞에 닥친 기후위기 때문에 사용을 억제해야 하는 상황이다.

인류의 활동에는 반드시 에너지 사용이 동반되므로, 향후 인류가 기후변화를 걱정하지 않고 편안하고 윤택한 삶을 지속적으로 누리기 위해서는 화석연료를 대체할 수 있는 태양광이나 풍력과 같은 재생에너지를 사용해야 한다. 그러나 재생에너지는 에너지 밀도가 크지 않고 화석연료처럼 지역 편중도 심한 편이다. 예를 들어 호주 같은 경우는 땅이 넓고 태양광 생산성이 우리나라에 비해 2배 이상이다. 재생에너지는 지역과 시간, 날씨 등의 외부 조건에 크게 영향을 받아 생산량이 일정하지가 않으며 대규모 저장도 어렵다. 이에 재생에너지를 효율적으로 활용하기 위한 방법 중 하나가 재생에너지 기반 수전해 공정을 통해 수소를 생산해서, 이를 또 다른 에너지 원으로 활용하는 것이다. 물론 이러한 경우에도 수소의 효율적 저장 및 전달을 위한 기술이 반드시 필요하다.

바이든 미국 대통령은 취임 직후 15건의 행정조치 등의 서류에 서명했는데, 그중 하나가 전임 트럼프 대통령이 탈퇴한 파리 기후변화협약에 복귀하는 행정명령이었다. 이는 기후변화에 대한 대응이 인류의 생존과 지속가능한 발전에 필수적이라는 인식을 보여준다. 기후변화의 심각성을 인지하고 우리나라를 비롯한 전세계 주요국들은 '탄소중립'을 선언하고 있는데, 이는 온실가스 배출을 최대한 줄이고 배출된 온실가스를 포집-저장-활용해 순배출을 '0'으로 만들겠다는 것이다. 탄소중립을 실현하기 위해서는 인간 활동에 필요한 대부분의 에너지를 재생에너지에 의존할 수밖에 없다. 따라서 재생에너지 기반 수소의 비중은 급속히 확대될 것이며, 2050년 전세계 수소 시장은 약 5억 4600만t(2.5조 달러)으로 증가하고 전체 에너지 사용의 18%를 담당할 것으로 예측되고 있다.

재생에너지를 이용해 생산한 녹색수소는 재생에너지 보급과 함께 지속적으로 생산량이 증가하겠지만, 아직은 제조비용이 매우 비싸 대량 공급은 제한적일 것이다. 따라서 정부에서도 재생에너지 보급이 충분히 이뤄질 때까지 부생수소나 추출수소와 같은 화석연료 기반 수소를 생산 보급하겠다는 계획을 세우고 있으나, 우리나라는 에너지·석유화학 산업의 특성으로 수소가 항상 부족하고 화석연료 기반 수소생산 방법도 필연적으로 이산화탄소를 배출한다는 점은 큰 고민이 아닐 수 없다.

탄소중립을 위한 수소 사회를 현실화하기 위해 수소의 생산 방법 이외에 저장과 이송 방법도 매우 중요하다. 물리적으로 수소를 압축해서 저장하는 방법은 부피 대비 저장량이 많지 않고, 액화 저장은 극저온(-253℃)의 조건이 필요하기 때문에 에너지가 많이 필요하다. 이는 기체로서의 수소가 갖는 물리적 특성에서 기인하는데, 경제성과 안정성 확보를 위해서 화학기술에 기반한 연구개발을 우선 고려할 수 있다. 수소를 질소 또는 방향족 화합물과 반응시켜 암모니아나 고리형 탄화수소로 전환하는 것이다. 이들 생성물은 쉽게 액화되거나 액체이기 때문에 대규모 저장-이송이 가능하며, 비교적 쉽게 수소를 추출하거나 화학산업의 기초유분으로도 활용할 수 있다는 이점도 있다.

'탄소 경제'에서 '수소 경제'로의 에너지 패러다임이 전환되는 것은 인류의 생존과 연결되기 때문에 가장 우선되는 정책이다. 그러나 수소 사회로 가고자 하는 노력은 기후변화에 대응하는 탄소중립 사회로 가기 위한 방법의 하나라는 점이 중요하다. 중간에 비어있는 공백기술을 채우는 수준이 아니라, 수소의 생산-저장-이송-활용의 긴 가치사슬을 완성하는 과정에서 전주기 탄소배출 분석에 근거하면서 재생에너지 기술과 융합된 화학기술 개발이 이뤄져야 하겠다. 최원춘 한국화학연구원 부원장



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