대한민국 미래 에너지, 수소를 다시 보다

 

 

 

대한민국 미래 에너지, 수소를 다시 보다

 

2019년 대구시, 첫 수소에너지 콤플렉스 설립

 

자동차가 달려도 배출되는 것이 물 뿐이라면? 바로 수소 연료전지를 이용한 수소 자동차에서 가능한 일이다. 2019년에는 수소자동차를 움직이기 위한 연료 전지 분야의 시장 규모가 380억달러에 달할 것이라는 보고가 나왔다. 70여 만개 일자리가 만들어질 것이라 추산되면서 수소 에너지에 대한 관심이 나날이 높아지고 있다.

물을 분해하면 산소와 수소로 분리된다. 즉 수소(H2)를 연소시켜도 다시 산소(O)와 결합해 물(H2O)로 환원되기 때문에 배기가스가 생기지 않는다. 이런 청정성이 수소 에너지의 가장 큰 특징이다. 지구 온난화 등 환경오염이 국제 문제로 대두된 지금, 친환경 수소에너지가 화석연료의 대체 에너지로 각광받고 있다. 21세기 들어 각국이 경쟁적으로 연구개발에 나서고 있다.

수소에너지를 활용하기 위해 물 분해가 우선돼야 한다. 수소는 전 우주의 75%를 차지하는 기체지만 지구 상에서는 대부분 물이나 탄소화합물로 존재한다. 수소를 대량으로 얻기 위해서는 물을 전기 분해하는 것이 가장 쉽다. 하지만 수소와 산소가 강하게 결합한 물을 분해하기 위해서 또다시 에너지가 필요하다.

 

 

물을 분해해 수소를 얻어 에너지화

 

세계 여러 나라에서 수소를 얻기 위해 활발히 연구를 진행하는 분야는 고온 원자로를 이용한 수소채집법이다. 950도에서 초고온 가스로 높은 열을 이용해 물을 열화학이나 고온 전기분해를 통해 수소를 얻는다. 친환경 에너지로 부각되는 수소에너지 제조의 궁극적 방법으로 부각되는 방법이 광화학적 수소제조기술이다. 바로 태양에너지를 이용해 물에서 수소를 만드는 기술이다. 물을 분해해 수소를 얻기 위해서는 약 1.23전자볼트(eV)의 에너지가 필요하다. 에너지를 빛에서 받아 화학반응을 가능하게 해주는 것이 광촉매 작용이다. 반도체 물질이 광촉매 역할을 할 수 있다. 광선이 반도체 물질에 흡수돼 산화·환원 반응을 일으키는 방식이다.

교육과학기술부 프론티어 사업 중 하나인 `고효율 수소에너지 제조·저장·이용기술개발사업단(수소에너지사업단)’에서는 궁극적인 수소 생산기술로 광화학적 수소제조 기술에 대한 소재와 시스템을 연구한다. 내년에는 태양광·수소 전환 효율을 5%까지 만드는 시스템을 목표로 두고 있다.

광화학적 수소제조 방법과 관련해 지난 1996년부터 2010년까지 세계 특허 정보와 논문정보를 분석한 결과 미국이 특허 41.3%, 논문 29.7%로 가장 선두에 달리고 있다. 일본은 각각 31.9%, 11.2%로 2위를 차지하고 우리나라는 세 번째 (논문 8.7%, 특허 10.1%) 수준의 기술력을 갖추고 있다. 특히 우리나라 논문 수는 올해까지 1,078건에 이르며 그중 사업단에서 발표한 논문은 70%를 차지하고 있다.

수소를 만들어냈다고 끝이 아니다. 수소를 에너지로 활용하기 위해서는 저장과 연료전지화 기술이 필요하다. 수소는 가스·액체로 수송할 수 있으며 고압가스·액체수소·금속수소화합물 등으로 저장할 수 있다. 기체 상태로 저장하는 것이 가장 쉽지만 부피가 커 경제성과 안전성이 떨어진다. 최근 효율성 있는 액체·고체 저장법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

액화 저장을 하거나 수소 저장용 나노구조체, 금속 수소화물 등으로 저장해 활용할 때는 에너지 손실율을 최소화 시키는 것이 중요하다.

미국 연료전지 조사기관인 `퓨얼셀투데이`가 분석한 자료에 따르면 2010년 기준으로 우리나라 수소연료 분야 특허 출원 건수는 일본, 미국, 독일에 이어 세계 4위에 해당한다.

 

 

국내 최초 '수소에너지 콤플렉스' 세운다

 

무공해 수소에너지를 생산해 산업용 에너지와 수송용 연료로 제공하는 ‘수소에너지 콤플렉스’가 국내 최초로 대구시 북구 서변동 일대 타워형태양열 발전소 옆의 시 부지 4000㎡에 들어선다.

대구시는 최근 수전해방식 수소제조 분야에서 국내 최고의 기술력을 가진 이엠코리아(대표 강삼수)와 김범일 시장 접견실에서 ‘수소콤플렉스 설립 및 운영’에 대한 사업협약을 체결했다.

수소콤플렉스는 무공해 수소에너지를 생산하는 수소제조 플랜트와 차량용 수소연료를 충전하는 수소 스테이션이 결합된 형태로 이번에 들어서는 플랜트는 국내 최초로 시간당 50Nm3의 수소를 생산하게 된다.

수전해방식 수소제조 공법은 순수한 물을 전기분해해 수소와 산소를 분리하는 방식으로, 이번에 건립되는 수소콤플렉스는 낮에는 태양광발전과 밤에는 심야 전기를 활용하는 친환경 에너지절감형으로 운영된다.

생산된 수소와 산소는 성서산업단지, 구미전자공단, 지역 내 병원 등에 공급된다. 수소는 반도체 정제, 금속소재 표면처리, 다이옥신 제거, 암모니아 합성 등 산업 다방면에 활용되고 있어 매년 30% 이상 시장규모가 증가 추세이며, 2020년 이후에는 차량용 수요가 대세를 이룰 것으로 전망되고 있다.

이엠코리아는 창원과 함안에 에너지사업부를 두고 있으며, 대경 광역경제권 선도산업으로 지정된 연료전지분야 연구개발에 참여해 그 간 ‘알칼리 수전해를 활용한 20Nm2/h급 수소 스테이션 개발 및 실증’과제를 수행해 왔다.

특히 이번 수소콤플렉스는 이엠코리아의 제안으로 이루어져 국비지원으로 선도산업 과제에 참여한 기업이 개발된 기술을 지역에 다시 확대 투자한다는 측면에서 그 의미가 크다.

또한 우수한 기술력을 바탕으로 그 간 현대자동차 등 대기업과 협력한 많은 노하우를 확보하고 있어, 앞으로 대구시의 전략산업인 자동차 부품산업과 연계해서도 큰 시너지를 창출할 것으로 전망되고 있다.

정부 ‘탄소배출저감 및 친환경 수소연료전지차 보급계획’에 따르면 국내 수소스테이션은 2012년 13개소에서 2020년까지 268개소로 늘어날 계획이며, 대구시는 이번 수소콤플렉스 건립을 계기로 서울, 울산에 이어 관련 보급사업에서도 우위를 가지는 계기가 될 것으로 기대하고 있다.

[출처] Special Report l 2012 전기 에너지 시장 이슈 총정리 - 대한민국 미래 에너지, 수소를 다시 보다 (월간 전기산업) |작성자 무지개별