수소에너지, 미래 청정에너지로 각광

 

 

 

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.

[출처] Special Report 2 l 신재생에너지 2탄 - 수소에너지 (월간 전기산업) |작성자 무지개별