최근 몇 년 동안 전 세계 국가들은 전례 없는 속도로 수소 에너지 산업 발전을 추진하고 있습니다. 국제수소에너지위원회와 맥킨지가 공동으로 발표한 보고서에 따르면, 30개 이상의 국가 및 지역에서 수소 에너지 개발 로드맵을 발표했으며, 전 세계 수소 에너지 프로젝트 투자액은 2030년까지 3,000억 달러에 달할 것으로 예상됩니다.
수소 에너지는 수소가 물리적, 화학적 변화를 겪는 과정에서 방출되는 에너지입니다. 수소와 산소를 연소시키면 열에너지가 발생하고, 연료 전지를 통해 전기로도 변환될 수 있습니다. 수소는 자원이 풍부할 뿐만 아니라 열전도율이 좋고, 청정하며 무독성이고, 단위 질량당 발열량이 높다는 장점을 가지고 있습니다. 동일 질량에서 수소의 발열량은 휘발유의 약 3배에 달합니다. 수소는 석유화학 산업의 중요한 원료이자 항공우주 로켓의 추진 연료로 사용됩니다. 기후 변화 대응과 탄소 중립 달성에 대한 요구가 증가함에 따라, 수소 에너지는 인류의 에너지 시스템을 혁신적으로 변화시킬 것으로 기대됩니다.
수소 에너지는 생산 과정에서 탄소 배출이 전혀 없을 뿐만 아니라, 재생 에너지의 변동성과 간헐성을 보완하고 재생 에너지의 대규모 개발을 촉진하는 에너지 저장 매개체로 활용될 수 있다는 점에서 주목받고 있습니다. 예를 들어, 독일 정부가 추진하는 "전기를 가스로 변환" 기술은 풍력이나 태양광 발전과 같이 즉시 사용할 수 없는 청정 전기를 수소로 저장하고, 장거리 운송을 통해 효율적으로 활용하는 것을 목표로 합니다. 수소는 기체 상태 외에도 액체나 고체 수소화물 형태로 존재할 수 있어 저장 및 운송 방식이 다양합니다. 희소한 "결합재" 에너지인 수소 에너지는 전기와 수소 간의 유연한 변환을 가능하게 할 뿐만 아니라, 전기, 열, 냉기는 물론 고체, 기체, 액체 연료까지 연계하여 더욱 깨끗하고 효율적인 에너지 시스템을 구축하는 "가교" 역할을 할 수 있습니다.
다양한 형태의 수소 에너지는 여러 응용 시나리오를 가지고 있습니다. 2020년 말까지 전 세계 수소 연료 전지 자동차 보유 대수는 전년 대비 38% 증가할 것으로 예상됩니다. 수소 에너지의 대규모 적용은 자동차 분야를 넘어 운송, 건설, 산업 등 다양한 분야로 점차 확대되고 있습니다. 철도 및 선박에 적용될 경우, 수소 에너지는 장거리 및 고하중 운송에서 기존 석유 및 가스 연료에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 지난해 초 도요타는 해상 선박용 수소 연료 전지 시스템을 최초로 개발하여 공급했습니다. 분산형 발전에 적용될 경우, 수소 에너지는 주거용 및 상업용 건물에 전력과 열을 공급할 수 있습니다. 또한, 석유화학, 철강, 야금 및 기타 화학 산업에 효율적인 원료, 환원제 및 고품질 열원을 직접 제공하여 탄소 배출량을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
하지만 수소 에너지는 일종의 이차 에너지로서 쉽게 얻을 수 있는 에너지가 아닙니다. 수소는 주로 지구상에서 물과 화석 연료의 화합물 형태로 존재합니다. 기존의 수소 생산 기술 대부분은 화석 에너지에 의존하기 때문에 탄소 배출을 피할 수 없습니다. 현재 재생 에너지를 이용한 수소 생산 기술이 점차 성숙해지고 있으며, 재생 에너지 발전과 물 전기분해를 통해 탄소 배출이 없는 수소를 생산할 수 있습니다. 과학자들은 또한 물의 태양광 분해를 통한 수소 생산이나 바이오매스를 이용한 수소 생산과 같은 새로운 수소 생산 기술을 연구하고 있습니다. 칭화대학교 원자력·신에너지기술연구소에서 개발한 원자력 수소 생산 기술은 향후 10년 안에 실증될 것으로 예상됩니다. 또한 수소 산업 사슬은 저장, 운송, 충전, 활용 등 다양한 단계를 포함하며, 이 단계들 역시 기술적 난제와 비용 제약에 직면해 있습니다. 저장 및 운송을 예로 들면, 수소는 밀도가 낮아 상온 및 상압에서 누출되기 쉽습니다. 강철과 장기간 접촉할 경우 "수소 취성" 현상이 발생하여 강철이 손상될 수 있습니다. 따라서 수소 저장 및 운송은 석탄, 석유, 천연가스보다 훨씬 어렵습니다.
현재 여러 국가에서 수소 관련 연구가 전 분야에 걸쳐 활발히 진행되고 있으며, 기술적 난제를 극복하기 위한 노력이 가속화되고 있습니다. 수소 에너지 생산 및 저장, 운송 인프라 규모가 지속적으로 확대됨에 따라 수소 에너지 비용 또한 크게 하락할 여지가 있습니다. 연구에 따르면 수소 에너지 산업 사슬의 전체 비용은 2030년까지 절반으로 감소할 것으로 예상됩니다. 이에 따라 수소 사회로의 전환이 가속화될 것으로 기대됩니다.
게시 시간: 2021년 3월 30일