2018년 11월 21일 (수)
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[인간과 환경 시즌2] (19) 수소에너지

원료 고갈·공해 걱정 없는 청정에너지
저장·이동 좋고 언제든 전력생산 ‘장점’
산업용 대부분 화석연료서 생산돼 ‘한계’

  • 기사입력 : 2018-10-18 22:00:00
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  • 수십년간 석유·석탄 에너지를 무분별하게 사용하면서 인류는 심각한 대기오염과 기후변화 위험에 직면했다. 화석에너지를 연소하는 과정에서 나오는 이산화탄소 등 온실가스에서 비롯된 미세먼지의 습격은 사람들의 숨통을 조이고 기후변화로 인한 자연재해는 막대한 인명·재산피해를 일으켜 공포의 대상이 된 지 오래다.

    세계 각국마다 지구온난화를 막기 위해 규제를 강화하고, 전 세계적으로 온실가스 감축을 위한 국제협약도 유지하고 있으며, 장기적으로는 신재생에너지로의 전환을 추구하고 있다. 세계 각국이 친환경에너지를 개발하고 보급하기 위한 다양한 연구개발과 정책을 펼치고 있는 가운데 특히 관심이 높아지고 있는 수소에너지에 대해 알아본다.


    ◆수소에너지란= 수소(H2)는 우주 질량의 75%가량을 차지하고 있는 원소다. 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 연소시켜 얻는 에너지를 수소에너지라고 한다. 우리나라에서는 석유연료 정제과정에서 분해를 통해 얻거나 물을 전기분해해 얻는다. 물을 원료로 하는 수소에너지는 원재료의 고갈 걱정이 없고 연소하는 과정에 공해물질이 거의 발생하지 않아 지구를 살릴 미래의 청정 대체에너지로 주목받고 있다.

    수소에너지는 저장과 이동성이 좋고 연료전지를 통해 언제든지 전력을 재생산할 수 있는데 수소에너지를 기반으로 돌아가는 세상을 이른바 ‘수소사회’라 한다. 반면 전기분해하기 위해 원자력 발전으로 만든 전력이 이용되고 세계적으로 볼 때 산업용 수소의 대부분이 화석연료에서 생산되고 있다는 점은 수소에너지의 한계로 꼽히고 있다.

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    18일 창원컨벤션센터 앞에 설치된 수소전기하우스에서 수소연료전지차가 전기하우스로 전기를 공급하고 있다./전강용 기자/



    ◆수소전기하우스 체험= 지난 10~12일 창원컨벤션센터에서 열린 ‘창원국제수소에너지 전시 & 포럼’ 부대행사로 마련된 ‘수소전기하우스’에서 AR(Augmented Reality·증강현실)을 통해 짧게나마 수소에너지사회를 경험해 봤다. 수소전기하우스는 현대자동차가 만든 수소연료전지차량 넥쏘가 미세먼지가 다량 포함된 공기를 빨아들여 전기를 생산하고 난 후 깨끗한 물과 공기를 다시 배출하는 것을 보여줬다.

    넥쏘가 생산한 전기가 인버터를 통해 하우스 내에 공급돼 에어컨과 공기청정기를 가동시켜 쾌적한 실내환경을 만들어 줬고, 믹서기로 만든 주스를 들고 소파에 앉아 TV를 시청할 수 있었다. TV 선반과 책장 등 실내 곳곳에는 수소차에서 나온 물이 담긴 화병으로 꾸며져 있었다. 완충된 수소차 1대는 70㎾의 전기를 생산할 수 있고, 이는 4인 가족이 8~9일 정도 사용 가능한 전기량이다. 수소차 10만대가 원자력 발전소 1기를 대체할 수 있다는 설명도 이어졌다.

    ◆친환경 수소차= 최근 유럽 국가들이 2040년까지 가솔린·디젤 연료차량을 판매금지하겠다는 계획을 밝히면서 전기차와 수소차 같은 친환경차에 대한 관심이 전 세계적으로 증폭됐다. 수소차는 ‘수소연료전지차’의 줄임말로 가솔린이나 디젤 대신 수소를 연료로 이용하는, 수소에너지 실용화의 대표주자다.

    차량 내 수소탱크에 충전된 액화수소와 공기 중의 산소가 공급되면 연료전지에서 화학반응이 일어나고 전기가 생산되는데, 이를 동력으로 전기모터가 돌아가며 차를 움직이는 원리다. 기존 기름연료 자동차가 달리면서 대기오염 물질을 만들어내는 것과 달리 수소차가 달리며 배출하는 가스는 수증기 즉 물이다. 수소차 연료전지가 화학반응을 통해 전기를 만들어내며 운행한다는 점이 저장된 전기를 소모하며 주행하는 전기차와의 차이다.

    창원시 교통물류과의 도움으로 관용 수소차를 타보니 계기판과 그 옆에 달린 터치스크린에는 수소연료 소모량과 연비, 연료전지 작동 현황과 에너지 흐름도, 환경기여 정보 등이 실시간 제공됐다. 수소연료와 관련한 운전자의 조작 등은 전혀 필요 없었고 기존 석유연료차량에 비해 조용했고 급가속력도 우수했다.

    수소차는 한 번 충전으로 600㎞가량 주행이 가능하다. 완전 충전에는 수소 5㎏ 정도가 주입되며, 시간은 3~5분 걸린다. 수소 1㎏당 가격은 8000원가량이다.

    수소충전소는 2017년 8월 현재 창원을 비롯해 서울, 울산, 용인, 광주 등 전국 11곳에 운영 중이며 창원, 울산, 광주 등에 8기가 추가로 건설 중이다. 정부는 오는 2022년까지 수소차 1만5000대를 보급하고, 수소충전소를 최대 310개까지 설치 완료한다는 계획이다.

    일반차량 100만대를 수소차로 대체할 경우 연간 1조5000억원의 원유 수입을 하지 않아도 되는데다 대기오염물질 배출도 막을 수 있다. 또한 공기 중 산소를 원료로 삼는 수소차에는 초미세먼지까지 걸러지는 공기필터가 장착돼 있어 수소차 1만대가 운행되면 디젤차 2만대가 내뿜는 미세먼지를 정화하는 효과가 있고, 이는 나무 60만 그루를 심는 것과 같다고 한다.

    ◆수소에너지 안전은= 프랑스를 국빈 방문한 문재인 대통령은 파리 시내에서 현대 수소전기차를 시승하고 도심에 위치한 수소충전소에서 충전 시연을 직접 본 뒤 수소차와 충전소 안전을 확인했다. 수소차에 대한 인식을 개선하고 안전성에 대한 우려를 불식시키기 위한 행보로 보인다.

    수소에너지 기술 발전 속도와 사람들의 인식 속도는 같지 않은 상황이다. 전문가들은 수소사회로 가는 길목의 걸림돌 중 하나로 수소에 대한 사람들의 이해 부족을 꼽는다.

    사람들은 수소하면 대체로 수소폭탄을 떠올리고 우선 거부감을 갖지만 결론적으로 우리가 수소사회에서 사용할 수소에너지는 수소폭탄과는 거리가 멀고 안전하다.

    강영택 창원산업진흥원 수소산업TF팀장은 수소에너지로 사용되는 수소와 수소폭탄에 사용되는 수소는 전혀 다른 개념의 수소인데다 수소폭탄이 되려면 1억도 이상의 고온이 필요하기도 하다고 설명했다. 또한 수소는 확산력이 크기 때문에 누출되는 즉시 하늘로 퍼지고 금세 성층권까지 날아가 버린다는 설명이다.

    강영택 팀장은 “수소는 우주에 존재하는 기체 중 가장 가볍고 확산력이 커 새어나오면 바로 하늘로 휙 날아가 버린다”면서 “우리가 사용하는 수소로 폭탄을 만들 수 있다면 노벨상을 받을 수 정도로 놀라운 일이니 수소에너지를 사용함에 있어 폭발에 대한 우려나 걱정은 전혀 하지 않아도 된다”고 말했다.

    수소차 개발 업체들도 수소탱크의 내투과성, 내화염성, 내충격성을 만족시키기 위한 다양한 테스트를 거쳐 안전상의 문제가 없다고 밝혔다. 수소차의 수소탱크는 고강도 탄소섬유로 만들어지는데, 고압을 견딜 수 있는 내구성을 갖추고 있고 사고 등 환경변화 감지 시 수소방출을 차단하거나 저압력으로 방출토록 돼 있다.

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    수소충전소에서 충전하고 있는 수소연료전지차.


    ◆수소에너지 선도도시 창원= 창원시는 ‘창원국제수소에너지 전시 & 포럼’을 개최한 데 이어 다양한 수소산업을 준비하며 명실공히 수소에너지 선도도시로 부상하고 있다.

    전기차 선두주자였던 창원시는 지난 2015년 12월 수소차 중점보급도시로 선정된 후 이듬해 환경부의 수소차 보급지원사업 대상자에 선정되면서 수소에너지산업을 준비해왔다. 같은 해 8월 국비·시비 각각 15억원을 들여 도내에서는 최초로 의창구 팔룡동에 1일 승용차 50대 충전이 가능한 수소충전소를 지어 지난해 3월 문을 열었다.

    2018년 8월 현재 창원에는 관공서와 민간법인 등에서 수소연료 전용모델을 포함한 수소차 92대를 운영 중이며, 성산구 성주동과 마산합포구 덕동에 수소충전소를 추가 건설 중으로 올해 안에 모두 완공 예정이다. 시는 2022년까지 충전소를 총 6기로 확대 설치하고 수소차 1000대, 수소버스 50대 보급을 목표로 하고 있다고 밝혔다. 내년 3~4월께 수소버스를 도입해 수소에너지산업 선봉에 서는 한편, 시민들의 인식도 개선해 나간다는 계획이다.

    수소산업기반 집적화 관련 기업 62개, 연관기업 500여개로 전국 기초 지자체 중 수소 관련 기업을 최다 보유한 창원시는 수소를 단순소비하는 도시에서 벗어나 생산, 저장, 유통, 응용하는 수소산업 전주기 생태계 조성을 위해 수소에너지 순환시스템 실증사업(HECS: Hydrogen Energy Cycle System)을 추진하고 있다.

    특히 창원시는 신성장 동력산업으로 육성 중인 수소산업의 체계적인 지원과 부품개발·성능평가 인프라 구축을 위해 국책사업으로 추진 중인 ‘수소산업 전주기 제품 안정성 지원센터’를 유치하기 위해 노력하고 있다. 이를 포함한 수소특화단지 조성을 2022년까지 추진하고 있다. 올해 초 국회에서 발의된 수소경제법이 연내 제정되면 창원시의 수소산업 육성에 보다 탄력이 붙을 것으로 전망된다.

    김희진 기자 likesky7@knnews.co.kr

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