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.

지자체가 나서면 태양광 산다

충북, 경북, 창원 등 업무협약에서 투자유치까지 나서

업황 부진으로 애를 먹고 있는 태양광 산업을 살리기 위해 지방자치단체들이 업무협약, 투자유치 제안 등 적극 나서고 있다.

한국태양광발전협회는 2012년 5월 1일부터 일반인을 대상으로 “제1회 태양광주택 1만 호 보급 캠페인” 신청을 받는다. 700만원대에 완벽 시공에 3년의 A/S까지 보장한다. 태양광발전협회는 대구시 소재 사업자다.

한국태양광산업협회(회장: 김상열)은 4월 4일(수) 충청북도와 태양광산업 발전을 위해 적극 협력하는 것을 골자로 한 업무협약을 체결하였다. 이번 MOU는 태양광산업협회가 지자체와 체결한 첫 사례로서, 협회는 이를 통해 지자체를 통한 태양광발전 보급 확대와산업여건 개선을 기대하고 있다. 많은 태양광 기업들이 포진해 있는 충청북도 역시 업무협약을 통해 지역의 태양광산업을 더욱 활성화할 계획이다.

한국태양광산업협회는 지난 3월 16일 열린 총회에서 지자체와의 협력강화에 대해 피력한 바 있으며, 충북과의 업무협약은 그 첫걸음이다.

충북과의 업무협약을 기반으로 협회는 태양광 기업들을 둘러싼 행정적, 제도적 여건개선을 유도할 것이다. 아울러 중앙정부의 정책에 대부분 의존하던 태양광발전 보급 확대를 지자체를 통해서 더욱 활성화 시킬 방침이다.

최근 일본이나 중국에서도 지자체를 중심으로 태양광발전 보급사업이 활발하게 진행되는 등 보급 측면에서 지자체의 역할이 중요하게 부상하고 있다. 이에 태양광협회는 지난 3월 총회 후 각 지자체장에게 태양광발전 보급 확대를 위한 협조공문을 발송하였으며,오늘 업무협약은 그 첫 결과물이기도 하다.

‘태양과 생명의 땅’을 슬로건으로 하는 충청북도도 이번 협약을 통해 도가 추진하는 솔라밸리(Solar Valley) 사업이 더욱 탄력을 받기를 기대하고 있다. 충청북도는 태양광산업계와의 공조강화를 통해 태양광산업이 지역의 랜드마크 산업으로 확실히 자리매김할 수있도록 총력을 기울이기로 했다.

경남도, BPA 등 4곳과 MOU… 165MW급 친환경 에너지보급

경남도가 도내 4개 공공기관과 손잡고 165MW 규모의 태양광 발전단지를 조성하는 등 친환경 신재생 에너지 보급에 나섰다.

경남도는 5월 7일 도청 회의실에서 부산항만공사, 한국농어촌공사, 한국도로공사, 한국수자원공사 경남본부와 총 165MW 규모의태양광 발전시설 설치에 따른 MOU(양해각서)를 체결했다.

이에 따라 부산항만공사는 부산신항 물류단지와 배후부지에 49MW 규모의 태양광 발전시설을 설치한다. 도로공사는 폐도 6곳에10MW, 농어촌공사는 농수로와 양·배수장 저수지 등 22곳에 4MW 규모의 태양광 발전시설을 조성한다. 수자원공사는 102MW의 수상 태양광 시설을 합천댐, 밀양댐 등 5곳에 설치한다. 수자원공사는 이미 합천댐에 100kW급 수상태양광 설비를 설치했고, 올해 내500kW급 시설을 준공할 예정이다.

경남은 국내에서 일사량이 가장 풍부해 태양에너지를 활용할 수 있는 최적의 장소로 평가받고 있으며, 조성사업이 본격화되면 태양광 관련 부품 산업 활성화에도 기여할 것으로 전망된다.

도는 이번 양해각서 체결을 시작으로 도내 기업을 비롯해 대학, 시·군 등 관련 기관들과의 협력사업도 추진할 방침이다. 이를 통해 경남도는 2016년까지 200MW 규모를 목표로 태양광 발전단지를 추진해 나간다는 계획이다.

창원시, 태양광발전사업 추진 위해 4,000억 투자유치 제안

창원시가 공공시설을 활용 대규모 태양광발전사업 추진을 위해 400여억원에 달하는 민간사업자 투자유치 제안공모를 시행하기로했다.

시는 2013년까지 10MW의 태양광발전사업을 추진하기로 하고 올해 1단계 시범사업으로 3MW를 건설할 계획이다.

이를 위해 지난 4월 민자 BOT 태양광발전사업 제안 공모를 통해 국내 우수기업들의 투자를 유치해 태양광발전을 통한 지역 내 산업기반 구축과 시의 경영수익을 창출한다는 계획이다.

이러한 계획은 세계적인 에너지패러다임의 변화와 요구, 녹색성장을 위한 지방자치단체의 역할과 기능 강화가 대두되고 있는 시점에 태양광발전을 통한 전력수요에 대응하고 온실가스 감축으로 환경보전과 세계적인 태양도시로 발전시킨다는 목표아래 창원시 브랜드 슬로건인 Bright Chang Won에서 검토가 시작되었다.

시는 이번 사업추진을 위해 지난 3월까지 대상시설에 대한 전수조사를 실시해 설치 가능한 시설 69개소를 확정했으며, 정부 정책과행정사항 등을 종합 검토하여 경제성이 있다는 판단 하에 사업을 시행하기로 결정했다.

민자 BOT 제안 공모방식으로 투자자가 건설 후 약정기간 동안 운영관리 후 시에 기부채납하며, 시는 공공 부지를 제공하여 운영기간동안 사용료를 징수하는 방법으로 사용료 납부 및 운영기간 등 가장 유리한 조건으로 제안한 투자자에게 협상절차를 거쳐 사업시행권이 부여된다.

이러한 창원시 자체 프로젝트는 정부의 녹색성장 정책제도를 활용하여 민간중심의 녹색산업을 지자체와 연계하여 추진하는 사례로이후 타 지자체의 모범사례로 주목 받을 만하며, 전국적인 보급 확대가 이어질 것으로 보인다.