지난 12월 28일, 환경부·산업통상자원부·해양수산부·과학기술정보통신부·교육부 등 5개 정부 부처가 ‘한국판 뉴딜, 탄소중립’을 주제로 2022년 업무계획을 합동으로 발표했습니다. 그중 수소차, 수소항만, 수소환원제철 등 수소를 에너지원으로 사용하는 구상이 도드라졌는데요.

오늘 그리니엄에서는 한국의 탄소중립을 실현하기 위한 중요한 에너지원으로 왜 수소가 주목받고 있는지, 그리고 최근 떠오르고 있는 ‘그린수소’는 무엇인지 알아봅니다.

 

Q. 왜 수소가 주목받고 있는 거야? 😮

A. 현대 경제를 떠받치는 주요 에너지원은 석탄과 석유 등 화석연료입니다. 화석연료는 생산 및 소비 과정에서 주요 온실가스인 이산화탄소를 배출해 기후변화를 일으키는 원인으로 지목받아왔죠. 기후변화의 주요 원인인 이산화탄소를 감축하기 위해 화석연료를 대체하는 에너지원으로서 태양광, 풍력 발전 등 재생에너지가 주목받은 이유도 이 때문인데요.

수소는 우주 전체 질량의 약 70%를 차지하는 가장 흔한 물질로, 고갈 우려도 없고 연소 과정에서 산소와 결합해 온실가스 없이 물만을 배출한단 점에서 친환경 연료로 주목받습니다. 또한, 수소는 타 연료에 비해 에너지 효율이 높고 대용량·장기 보관도 가능하죠.

 

Q. 그동안은 왜 수소를 안 썼지? 🤔

A. 문제는 수소를 추출하는 과정이 다양하고 비싸기 때문입니다. 정확히는, 수소는 자연 상태에서 수소 자체로 존재하지 않기 때문에 추출하는 과정을 거쳐야 하고 이 과정에서 추가적인 비용이 듭니다. 심지어 수소를 추출하는 재료와 방식에 따라 수소는 탄소를 배출할 수도 있습니다.

화석연료 속에 존재하는 수소, 물에 있는 수소를 추출하기 위해선 전기 분해를 해야 하는데요. 이때 전기 분해를 위해 필요한 에너지를 화석연료 발전으로 진행한다면 온실가스 배출은 필연적인 것! 이러한 점을 고려해 현재 우리 정부는 수소 정책은 온실가스가 배출되지 않는 ‘그린(Green) 수소’로의 패러다임 전환을 추진하고 있습니다.

 

Q. 그린수소? 수소에도 색깔이 있다고? 🙄

A. 물론 수소 자체는 무색입니다. 다만, 수소를 어떤 재료에서 추출하느냐에 따라 색상으로 라벨을 붙여 구분하고 있는데요. 그린수소란 물을 재생에너지로 만든 전력으로 전기 분해해서 생성한 수소를 말합니다. 풍부한 자원인 물을 사용하고 재생에너지를 사용한 덕에 가장 지속가능한 수소로 꼽히고 있죠.

그린수소의 이점은 다른 색상의 수소들과 비교하면 더 뚜렷해지는데요. 천연가스나 석유를 분해해 얻는 ‘그레이수소’, 그레이수소처럼 생산하지만 생산 과정에서 나온 이산화탄소를 탄소 포집·활용·저장기술(CCUS)로 포집해 탄소배출을 줄인 ‘블루 수소’가 있죠. 또 석탄이나 갈탄 등을 가스화해 생산하는 ‘브라운수소’ 등이 있습니다.

© GS 칼텍스 제공

Q. 그럼 무조건 그린수소를 써야하는 거 아니야? 👀

A. 그린수소는 가장 이상적인 생산방식이지만 산업계가 그린수소로 바로 전환하지 못하는 가장 큰 이유는 ‘비용’입니다. 국제재생에너지기구(IREA)의 보고서에 따르면, 그린수소는 다른 수소에 비해 생산단가가 2~3배 가량 높은데요. 화석연료를 원료로 생산하는 그레이·브라운수소는 여전히 탄소 배출이 일어나지만 값이 싸고 대량생산이 가능하죠. 최근 국내에는 대량생산이 가능하면서도 탄소 배출을 줄인 블루수소를 청정수소에 포함해야 하는지에 대해 논쟁이 오가고 있습니다.

그린수소의 가격을 낮추기 위한 노력도 계속되고 있습니다. 글로벌 컨설팅 그룹인 우드 맥켄지(Wood mackenzie)에 따르면 한 해 동안 진행 중인 수소 프로젝트 수는 7배 증가했습니다. 그린수소를 만들기 위한 재생에너지 가격도 꾸준히 낮아지고 있죠. 에너지 시장 조사업체인 블룸버그 NEF 역시 2030년과 2050년 그린수소 가격이 ㎏당 1.33달러, 0.76달러로 하락해 오히려 기존 다른 수소보다 가격 경쟁력이 커질 것으로 예상했습니다.

 

Q. 너무 복잡한데, 그냥 재생 전기 쓰면 안 돼? 😲

A. 수소는 자연에서 가장 풍부한 화학 원소입니다. 태양광, 풍력 등 재생에너지를 사용해 생산한 전력은 기상의 영향을 받을 뿐만 아니라 에너지를 보관하기 어렵다는 단점을 갖고 있는데요. 전력 공급이 수요보다 적은 시간에는 전기가 넘치며 과부하가 걸려서 발전기의 고장으로 이어질 수도 있죠. 이에 비해 수소는 액체수소로 액화시키면 800분의 1로 부피가 줄어들며 저장하기가 쉬워진다는 장점이 있습니다.

기존의 화석연료를 사용하는 산업 중 전기로 전환하기 어려운 분야에 적합하단 장점도 빼놓을 수 없습니다. 여기에는 철강, 시멘트 및 대형 운송 등 주요 탄소 배출 산업이 여기에 해당하는데요. 수소는 천연가스의 2.6배에 달하는 에너지를 갖고 있습니다. 고열에 필요한 석탄, 디젤 등 화석연료를 효율이 좋은 수소로 대체할 수 있다는 건데요. 여기에 국내 기업인 포스코는 철광석과 석탄의 일종인 코크스를 함께 녹이는 환원 과정에서 코크스를 수소로 대체하는 ‘수소환원제철’ 기술까지 개발하고 있다고.

 

© Matthew Bodaly, Flickr

청정에너지 그린수소. 하지만 그린수소는 만능이 아닙니다. 물에서 수소를 추출하는 과정에는 다량의 에너지가 손실되기 때문입니다. 그린수소 생산의 핵심 장비인 전해조(電解槽·electrolyzer). 물을 수소로 변환하는 전해조의 효율은 60~80%로, 변환 과정에서 에너지의 20~40%는 손실된단 의미인데요. 에너지를 저장할 수 있다면 재생에너지를 전기로 직접 사용하는 게 더 합리적일 수 있습니다.

그럼에도 그린수소는 재생에너지로 대체하기 어려운 분야에 가능한 선택지로서 의미가 있습니다. 중화학 공업 등 대규모의 열에너지가 필요한 산업이 많은 한국이 세계 최초로 수소법을 제정하는 등 수소경제에 앞장서고 있는 이유도 이 때문입니다.

우리나라는 수소 관련 6대 분야별 정책 마련, 수소경제위원회 출범 등 수소경제 이행을 위한 제도적 기반을 구축해 나가고 있는데요. 앞으로도 그린수소를 포함해 다양한 지속가능한 에너지 정책을 통해 우리나라가 2050 탄소중립으로 나아갈 수 있길 기대해 봅니다.