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재생에너지 전력 비중을 높이기 위한 필수 요소

원자번호 1번인 수소(원소기호 H)는 우주에서 가장 가벼우며, 가장 많이 존재하는 원소다. 수소의 한자 '水素'와 영어 'Hydrogen'에서 알 수 있듯이 수소는 산소와 결합해 물(H₂O)을 구성하는 인류 생존의 필수 요소다. 또 두 개의 수소 원자가 결합한 수소 분자(H₂)는 암모니아와 메탄올 생산 등 화학산업과 정유산업에 중요하게 사용되고 있으며, 세계 생산량이 연간 1억t에 달한다. 현재 수소는 대부분 화석연료로부터 생산되고 있는데 그 과정에서 필연적으로 이산화탄소를 배출하고 있다. 따라서 수소 생산에서 '탈탄소화'는 이산화탄소 배출 없이 암모니아, 메탄올 등을 생산하는 핵심이라 할 수 있다.

기본적으로 수소는 무색무취. 하지만 최근에는 이를 '그레이' '그린' '블루' 등 색깔로 표현하는 경우가 많다. 그 이유는 수소를 생산하는 각각의 기술이 얼마큼의 탄소를 발생시키는지를 강조하기 위한 것이다. 현재 대부분의 수소는 화석연료로부터 생산되는 '그레이 수소'이며, 탄소 중립을 위해서 친환경 재생 전력으로 물을 전기분해해 수소를 생성하는 '그린 수소'의 기술이 중요하다. 또한 이산화탄소 포집, 활용, 저장(CCUS)을 이용해 탄소 배출이 저감된 '블루 수소', 원자력 발전을 통해 생산된 전기로 물을 분해해 생산하는 '핑크 수소'도 있다.

탄소 중립을 위한 에너지 전략은 1차 에너지 공급원을 석유, 석탄, 천연가스 등의 화석연료에서 태양광 및 풍력발전 등을 중심으로 한 재생에너지로 전환하는 것과, 최종 에너지 소비원에서 재생에너지의 비중을 높이는 전기화(electrification)로 요약할 수 있다. 재생에너지 기술의 경우 기상 변화에 따라 발전량의 변동성이 심하기 때문에 전력망 안정화가 병행돼야 한다. 즉 발전량이 많을 때는 잉여 전력을 저장하고, 반대의 경우 저장해둔 전력을 사용하는 기술이 필요하다.

수소는 유연성 전원으로 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 산업 열원, 대형 육상 운송, 항공 및 해상 운송 등에 사용되는 화석연료의 사용을 줄이고 재생에너지 기반 전력 비중을 높이는 '전기화'를 성공적으로 추진하기 위해서는 태양광·풍력 등으로부터 생산된 전력을 직접 사용하는 '직접 전기화'와 함께 재생 전력을 물 전기 분해를 통해 수소 및 암모니아 등 화합물로 전환해 사용하는 '간접 전기화'가 필수적이다. 즉 탄소 중립에서 수소의 역할은 매우 크다고 할 수 있다.

에너지 안보 측면에서도 수소는 중요한 역할을 담당할 것이다. 현재 우리나라는 1차 에너지원인 화석연료를 대부분 해외로부터 수입해 에너지 수입 의존도가 94%로 매우 높다. 향후 국내외 재생에너지의 보급 확대에 따라 에너지 자립도가 개선될 것으로 기대되지만, 우리나라의 지리·기후·산업 특성으로 인해 재생에너지 비율을 높이는 데는 한계가 있다. 결국 일정 비율은 해외에서 재생에너지를 수입하는 방법으로 해결하게 될 것이나 삼면이 바다이고, 분단 국가인 우리나라의 지정학적인 요건상 인접국으로부터 전력망을 통해 전기를 직접 공급받는 방식은 매우 제한적이다. 우리는 이에 대한 대안으로 해외에서 생산된 대용량의 재생에너지를 수소 및 수소화합물의 형태로 전환해 공급받고 보관하는 시스템을 구상하고 있다. 수소를 에너지 교환의 화폐로 활용하는 것이다.

기존 화석연료 수출국이 특정 지역에 편중되어 있었던 것과 비교해 재생에너지 수출국은 태양광 또는 풍력발전이 유리한 국가를 중심으로 다원화될 것으로 보인다. 따라서 국제 에너지 교역에 수소가 효율적인 에너지 전달체로서 역할을 담당하게 되면, 우리나라의 에너지 안보를 강화할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 보다 적극적인 관점에서는 에너지 생산과 소비의 국제적 분업 체계 확립에 우리의 수소 기술이 중요한 역할을 담당할 수도 있을 것이다.

수소는 탄소 중립 실현의 핵심 전략이면서 관련 시장 규모의 급격한 확대가 예측되는 주요 산업이다. 우리 정부도 이러한 현실을 반영해 최근 12대 국가 전략 기술의 하나로 수소를 선정하고 '수소기술 미래전략'을 발표했다. 수소 생산, 저장·운송, 활용의 기술 혁신을 통해 관련 산업의 글로벌 경쟁력을 확보하고자 하는 국가 차원의 비전이 제시된 것이다.

우주에서 가장 가볍고 많은 원소인 수소는 우리가 미처 인지하지 못하는 사이에 이미 세상을 변화시키고 있다. 탄소 중립을 향한 전 세계의 발걸음이 바빠진 상황에서 멀티플레이어로서 수소의 가치와 역할은 더욱 커질 것으로 기대된다. 기고자 : 장종현 KIST 수소·연료전지연구센터장
장르 : 고정물
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