수소에너지, 미래 청정에너지로 각광

수소에너지는 미래의 청정에너지원 가운데 하나이다. 수소가 미래의 궁극적인 대체에너지원 또는 에너지매체로 꼽히고 있는 것은 현재의 화석연료나 원자력 등이 따를 수 없는 장점을 갖고 있기 때문이다. 또한 수소는 연소 시 극소량의 질소가 생성되는 것을 제외하고는 공해물질이 배출되지 않으며 직접 연소를 위한 연료 또는 연료전지 등의 연료로 사용이 간편하다.

무한정인 물을 원료로 해 제조할 수 있으며 가스나 액체로 쉽게 저장 수송할 수 있는 장점이 있다. 게다가 산업용 기초소재에서부터 일반연료, 자동차, 비행기, 연료전지 등 현재의 에너지시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 응용돼 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 에너지원으로 평가되고 있는 것이다.

이에 따라 미국, 일본, 독일 등 선진 각국에서는 지난 70년대 말부터 수소의 제조, 저장, 이용 등 분야별 연구개발에 힘을 쏟고 있다.

미국의 경우 우주개발 군사용 등 특수분야에 실용화 기술을 확보해 놓고 있다. 일본은 새롭게 추진되고 있는 뉴선샤인 계획을 통해 지속적으로 연구를 수행해 오고 있으며 WE-NET프로그램 등으로 관련연구의 국제화도 추진하고 있다.

독일의 경우 최근 대체전원으로부터 수소의 제조와 저장, 그리고 이를 연료전지, 수소보일러, 수소자동차 등에 이용하는 수소에너지 시스템기술 실증 플랜트를 설치, 운용하는 등 수소에너지 시대에 대비하고 있다.

우리나라는 '80년대부터 관련기초연구에 착수, 현재 대체에너지 기술개발사업 및 에너지기술연구소 등의 중장기 계획에 따른 연구가 수행되고 있다.

한국에너지기술연구원은 차세대 신재생에너지 기술개발사업의 하나로 수소에너지기술을 상용화 단계로 끌어올리기 위한 기초연구 강화에 힘을 쏟고 있다. 연구소의 경우 열화학법에 의한 수소제조 등 관련 기초연구를 수행한 데 이어, 현재 고분자 전해질에 의한 물의 전기분해 기술, 고성능 니켈-하이드리이드(Ni-MH)전지용 전극활물질 소재개발과 관련한 연구를 진행 중이다.

연구원은 2000년까지 수소의 제조 저장 수송 이용 등에 관한 기반기술을 확보하고 이후 2005년까지 실용화 기술개발, 그리고 2010년까지는 상용화 기술개발을 마친다는 계획을 하고 있다. 결국 우리의 수소에너지 기술개발 수준은 선진국의 20% 선에 머물고 있지만 선진국 역시 아직은 개발 초기 단계인 만큼 앞으로 투자가 뒤따른다면 빠른 시일 내에 기술격차를 줄일 수 있게 될 것으로 판단된다.

석탄액화(Coal Liquefaction), 청정 인조원유를 제조하는 기술

석유자원은 지역적으로 상당히 편재되어 있다는 점 때문에 공급 및 가격의 불안정성을 충분히 내포하고 있다. 최근 석유수급이 비교적 원활하여 에너지수급이 원만하지만 중․장기적으로는 원유의 증산이 한계에 이르고 생산량 감소 현상이 일어나게 되므로 세계적으로 액체연료가 부족하리라 예상된다.

석탄액화 기술의 기본원리는 고체상태인 석탄을 액체연료로 전환하기 위하여 고온(430-460℃) 및 고압(약 100-280기압)의 반응조건하에서 수소를 첨가시켜서 생성물의 수소/탄소 비를 1.5-2.0 정도로 증가시킴으로써 에너지 밀도가 높고 수송 및 보관이 용이한 청정 인조원유를 제조하는 기술을 의미한다.

이 기술은 이미 세계대전 중에 독일에서 자국의 부족한 항공기 및 휘발유 연료를 충당하기 위하여 최초로 개발되었으며 현재는 미국, 일본, 영국, 서독 그리고 캐나다와 같은 선진국을 중심으로 경제성 향상을 위하여 국가적인 차원하에서 반응조건의 완화와 품질개선을 위한 연구가 중점적으로 수행되고 있다.

특히 대표적인 석탄액화공정으로는 미국의 경우 촉매이단공정인 CTSL(Catalytic two Stage Process)과 일본의 NEDOL 공정으로서 각기 DOE 및 New-Sunshine 계획의 지원 하에 Pilot 규모로 개발되어 연구되고 있으며 주요 개발 대상 핵심기술로는 반응효율의 극대화 및 최적화를 위한 고활성 신촉매 개발기술 및 공정 최적화라 할 수 있다.

현재 석탄액화기술은 배럴당 35달러 정도가 되지만 핵심기술개발 및 주변기술(고/액 분리효율 상승)을 통해 배럴당 25달러 정도로 낮추기 위한 연구를 수행 중에 있으며 국내의 경우 한국에너지기술연구소에서 1kg/hr 용량의 연속식 액화 시험설비를 통해 반응 및 공정효율 개선연구가 수행되고 있다.

에너지 효율, 75%는 폐열로 소모돼

수송산업 분야의 에너지이용은 주로 휘발유, 경유, 중유, 제트오일, 부탄 등인데 자동차, 트럭, 기관차, 선박, 항공기 등에 사용된다. 그러나 아쉽게도 이 산업의 에너지효율은 25% 정도이며 나머지 75% 정도의 에너지는 폐열로 대기 중에 분산되고 있다.

사람의 개인적 수송수단으로는 승용차, 비행기, 기차, 전철, 버스를 들 수 있는데 그 에너지효율은 매우 낮으며 전철을 1.0으로 볼 때 승용차는 0.5, 비행기는 0.3, 기차는 0.7, 버스는 1.9이다.

가정 및 상업 분야의 에너지이용은 그 효율이 75% 이상이고 산업 전반적 에너지효율은 평균 80% 이상이다. 에너지효율이란 투입한 에너지에 대한 유익한 동력으로서의 회수율(%)을 말한다.

에너지효율 개선이 관건으로 작용해

변환효율의 상실은 불가피한 경우가 많다. 20세기에 들어서면서 에너지효율의 개선은 실로 괄목할 만하다. 예를 들어 조명의 경우, 1900년경의 100w의 백열등은 겨우 1W를 가시(可視)광선으로 변환하고 나머지 99W는 열로 발산하였다.

100w의 백열등은 5W 이상의 에너지를 빛으로 변환시키고 있다. 이것은 400%의 에너지효율 증가를 말한다. 조명 에너지효율의 증대는 하나의 예이고, 다른 에너지 변환장치에도 많은 기술혁신이 있었다. 20세기의 이러한 기술혁신들은 막대한 연구·개발의 노력과 투자의 성과였다.

인간이 에너지의 형태를 상호 변환시키는 것은 에너지를 생활에 편리하게 이용하도록 변형시키는 것뿐이다. 생활의 편리성이란 그 에너지가 깨끗한가, 수송과 저장이 용이한가, 칼로리가 높은가, 자동적 이용이 가능한가 등 실용적 견지에 의해서 결정된다.

이러한 요건들을 잘 만족시키면 그 에너지는 질이 높고, 충분히 만족시키지 못하면 저질이라고 할 수밖에 없다. 고질에서 저질까지의 서열을 매겨 보면 기계적 에너지 전기적 에너지 화학적 에너지 광(光)에너지 열에너지의 순서이며, 이 서열의 상위에 있는 에너지는 하위에 있는 에너지로 변환하기 쉬우나 역으로 하위의 것을 상위로 변환시키는 일은 어렵다.

또한 형태의 에너지에도 질의 고저가 있다. 수천 도의 열에너지가 있는가 하면 질이 훨씬 낮은 수백 도의 열에너지도 있다. 물리학적으로 보면 고질의 에너지는 이용상 엔트로피의 발산(증대)이 적은 것이라고도 말할 수 있다.

에너지의 질을 논의할 때, 단위부피당 에너지함유량, 즉 에너지밀도에 의존하는 경우도 있다. 석유의 에너지밀도는 788만 7,000kca1/m3이고, 핵융합이나 핵분열 이용을 전제로 한 중수소 연료(重水素 燃料)나 우라늄 연료는 석유의 100만 배에서 1억 배 정도, 수소·플루오르화리튬(LiF) 전지·슈퍼 플라이휠(Super Fly Wheel) 등은 석유의 몇 분의 일 정도, 그리고 납전지 ·잠열 ·압축기체는 석유의 10분의 1에서 수십 분의 1이다.

에너지 질 높이기 위해 농축 및 상호 변환하기도

인간은 에너지의 질을 높이기 위하여 에너지를 농축하고 상호 변환시키기도 하나, 때로는 사용 편의상 저질화시킬 때도 있다. 자연 속에는 낮은 질의 에너지자원의 양은 많이 매장되어 있고, 높은 질의 에너지자원은 적다고 볼 수 있다. 다시 말하면 저질자원은 넓은 범위에 얇게 산재해 있고, 고질자원은 몇 군데에 집중하여 편재해 있다. 현재까지 밝혀진 바에 의하면 에너지의 추정매장량 순서는 핵융합 토륨 232(Th232) 증식, 태양에너지, 우라늄 238(U238) 증식로, 석탄, 해양온도차 열, 우라늄 235(U235), 석유, 풍력, 지열, 천연가스, 수력, 조력 등으로 추정된다. 이 순서는 에너지자원으로서의 부존량을 말하는 것으로 2차에너지로 변환 한 후의 양을 뜻하는 것은 아니다.

오늘날 인간의 경제활동은 점점 더 에너지집약형으로 되어 가고 있다.

에너지이용의 패턴은 시간이 가면서 변천할 것이며, 소비량도 계속 증가할 것이기 때문에 이 증가를 어느 정도 차감시키기 위해 한국에너지기술연구소와 같은 연구기관에서 에너지효율이 높은 기기와 장치, 재료에 대한 기술개발이 이루어지고 있다.

한 번 사용한 물자의 재순환도 에너지소비량을 줄이는 하나의 방법이다. 고철(古鐵)을 써서 강철을 제조하면 원광(原鑛)에 비해 그 에너지 소비가 4분의 1도 안 된다. 폐지를 이용해서 종이를 생산하면 생펄프에서 종이를 제조하는 에너지의 30%도 소요되지 않는다. 농수산 임산 부산물의 폐기물과 도시 폐기물의 에너지화도 에너지생산에 크게 기여할 수 있다.

에너지 이용의 극대화에서 가장 중요한 개선이 있을 수 있는 부문은 발전(發電)이다. 발전 부문에서의 열효율의 증대는 기존 기술의 개량·개선·재구성 등으로도 이를 수 있으나, 기존과 다른 새로운 발전방식의 개발과 실용화가 더 큰 역할을 할 것이다.

이러한 부문에서의 에너지 생산기술의 혁신은 에너지를 주요 원동력으로 하는 인간의 경제·사회활동을 풍요롭게 해 주고 자유롭고 안락하며 편리한 생활을 제공해 줄 것이다.

휘발유를 뿌리고 있는가? 물을 뿌리고 있는가?

예비 리더는 조직에서 좋은 자산이 되거나 부채가 된다.

“어느 사무실 안에 화재가 발생했을 때 리더인 여러분은 두 개의 양동이를 들고 올 수 있습니다. 한 손에는 물이 든 양동이가, 다른 한 손에는 휘발유가 든 양동이가 있습니다. 타고 있는 작은 불꽃은 여러분이 어떤 결정을 내리느냐에 따라 달라집니다. 휘발유를 부으면 작은 불꽃이 크게 번질 수 있으며, 물을 부으면 불이 꺼지게 될 것입니다.”

당신뿐만 아니라 조직에 있는 어느 누구든지 양손에 각기 다른 양동이를 들고 다닐 수는 있다. 그러나 리더는 반드시 이 질문에 답해야 한다. “나는 주위에 있는 이들에게 휘발유 뿌리는 법을 가르치고 있는가 아니면 물 뿌리는 법을 가르치고 있는가?”

리더는 리더가 세운다

리더의 성공 여부는 주위 사람에게 달려 있다. 리더십의 핵심은 가장 가까이 있는 사람들을 얼마나 잘 키워 주느냐에 달려 있다. 또한 주위 사람들이 조직을 위해 얼마나 큰 공헌을 할 수 있는지를 보는 안목이다.

사람만이 조직을 성장시킨다. 리더를 키우라.

그러면 조직이 자란다.

고객들은 직원들의 행동만 보아도 서비스 교육을 받았는지 안 받았는지 금방 눈치챈다. 번들번들한 광고지나 선전문구가 무능한 지도력을 눈감아 주지는 않는다. 새로운 목표에 도달하기 위해 팀원들을 먼저 변화하게 하고 훈련하고 돕는 일은 바로 리더의 일이다. 조직의 사람들이 긍정적으로 변화되었다면 성장은 자동으로 이루어진다고 본다.

리더가 될 재목들은 일을 분담해 준다.

“부하들이 유능하고 확실해서 고생한 상사는 없다. 내가 없을 때 회사를 지도할 리더는 내게 중요한 사람들이다. 그들은 맡겨진 일을 잘 감당한다. 이것이 가능한 것은 내가 무엇보다 잠재력이 있는 인재들을 찾아내고 키우고 개발하는 데 시간을 투자했기 때문이다.” (피터 드러커(Peter Drucker)) 참 리더에게는 리더 재목들이 따른다.

당신이 끝까지 혼자서 모든 일을 다 하기로 작정하지 않았다면, 지금부터 예비 리더를 키우라.

・예비 리더를 키우는 일을 자신의 영향력을 배가하는 것이다.

・새로 키워진 리더들은 조직의 미래를 밝힌다.

・대부분 사람들은 자기가 생산하고 싶을 때만 생산한다. 그러나 리더는 자기가 일하고 싶지 않을 때도 생산한다.

・더 많은 사람들을 지도하기 위해서는 더 많은 리더들이 필요하다.