수소경제(Hydrogen Economy), 수소에너지시대의 경제를 말한다
수소경제(Hydrogen Economy), 수소에너지시대의 경제를 말한다
  • 괴산타임즈
  • 승인 2020.02.06 08:50
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김영일 두원공대 교수
김영일 교수
김영일 교수

수소경제(水素經濟, Hydrogen Economy)는 화석연료인 석유가 고갈되어, 새롭게 등장할 것으로 예상되는 수소가 주요 연료가 되는 미래경제를 말한다. 미국의 에디슨 전력연구소는 현재의 소비 추세로 간다면 2040년경에는 석유가 고갈될 것으로 예측하였는데, 그 대안으로 떠오르고 있는 수소에너지시대의 경제를 말한다. 미국의 펜실베이니아대학교 워튼스쿨 교수인 리프킨(Jeremy Rifkin)의 저서 《수소경제 The Hydrogen Economy》(2002)를 통해 알려졌다.

리프킨에 따르면 2020년부터 전 세계적으로 석유생산이 하향곡선을 그리게 되고, 이로 인해 가격과 공급체계가 불안정해짐으로써 석유확보를 위한 분쟁은 불가피하다.

우주질량의 75%를 차지할 정도로 풍부하고, 지구상에서 가장 구하기 쉬우며, 고갈되지 않고 공해도 배출하지 않는 에너지원이 있는데, 이 에너지원이 바로 수소(Hydrogen)이다.

과학자들은 컴퓨터 및 정보기술의 혁명이 수소 에너지 혁명과 융합되면서 수년 안에 인간관계를 근본적으로 바꾸어 놓을 강력한 에너지가 탄생할 것으로 보고 있다. 물이 전기에 의해 기본 원소들로 분해되는 원리를 이용해 수소 원소를 강한 동력원으로 이용함으로써 현재의 에너지 위기를 극복할 수 있을 뿐 아니라, 원자력과 같은 위험성도 없고, 태양열이나 풍력처럼 제한적이지도 않다.

연료로 사용하는 수소는 크게 세 가지 방법을 통해 얻어진다. 부생수소, 추출수소, 수전해수소가 있다, 부생수소는 석유화학 또는 제철공정 중에 부산물로 발생하는 수소를 모으는 방법이다. 추출수소는 천연가스에서 수소를 따로 추출해내는 방법이고, 수전해수소는 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분리시켜 수소를 얻는 방법이다.

부생수소는 말 그대로 오염물질을 발생할 수밖에 없다. 물론, 부득이하게 발생하는 오염물질 가운데 수소를 뽑아낸다는 이점이 있다. 그런데, 본격적으로 전국에 수소차를 보급해 수소충전소를 운영하려면 수소는 이것만으론 턱없이 부족하다.

추출수소는 물을 전기분해하면 전극에서 수소와 산소가 발생 되는데, 석유·가스 등에서 추출한 수소를 연료로 공급해 공기 중의 산소와 반응시켜 전기와 열을 생산하는데, 일반 화학전지와 달리 연료와 공기가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있다. 천연가스, LNG를 통해 얻는 수소는 결국 ‘수입산 수소’인 셈이다.

수전해수소는 전기를 이용해 수소를 만들고, 다시 그 수소로 전기를 만드는 과정이다. 전기를 만들기 위해 전기를 쓴다는 것은 각각의 과정에서 에너지 손실이 발생할 수밖에 없는데, 결국 분해에 들어가는 전력보다 수소를 통해 만들 수 있는 전력이 더 많아야 의미 있다고 볼 수 있다.

수소를 연료로 하는 수소자동차의 연료전지가 효율적으로 작동하기 위해서는 미세먼지가 제거된 청정한 공기가 필요하다. 수소차가 달리는 동안 주변 공기를 빨아들여 정화한 후 수소연료전지에 사용하고 다시 배기구로 깨끗한 공기를 내보낸다. 그래서 흔히 자동차에서 나오는 매연이 아닌 깨끗한 공기를 내뿜어 달리는 공기청정기의 역할도 수행한다.

세계 각국에서는 수소 에너지의 개발에 힘을 쏟고 있는데, 아이슬란드에서는 1999년부터 수소경제 프로젝트를 국책사업으로 채택하였고, 미국에서도 수소 연료개발을 위한 사업에 착수하였다. 또 자동차 회사들도 수소를 연료로 공급해 전기와 열이 생산되는 연료전지 자동차의 시제품을 내놓는 등 수소경제 시대가 빠르게 진행되고 있다.

우리나라에서도 수소차부품의 99%를 국산화에 성공하였고 한번 충전으로 달릴 수 있는 거리도 600km로 현재까지 출시된 모든 수소차 중 가장 먼 거리를 갈 수 있는 차량으로 세계 시장의 50%를 점유하고 있다.

또한 수소를 연료로 하는 연료전지를 생산할 수 있는 인프라와 전국적인 천연가스 배관 인프라를 통해 수소에너지 개발 시, 빠르게 경제 구조에 적용할 수 있다는 점이 가장 큰 장점이라고 할 수 있다.

수소를 저장하는 탄소섬유 강화 플라스틱 용기의 경우 7,300톤이 넘는 에펠탑을 올려놓아도 망가지지 않으며 수심 7,000m 깊이의 압력에서도 견딜 수 있을 정도로 견고하다. 일진복합소재는 국내 유일의 수소차용 고압 수소저장용기를 생산하는 업체로, 세계적 수준의 성능과 안전성을 가진 제품을 통해, 수소차의 국내 확산과 세계시장 점유율 확대에 기여하고 있다.

또한 만일의 사태에 수소가 누출될 경우에도 수소의 경우 공기보다 14배나 가벼워 공기 중으로 빠르게 확산, 희석되어 폭발하지 않는다.

많은 사람이 ‘수소’하면 수소폭탄을 주로 생각하는데 수소폭탄의 경우 수소를 인공적으로 가공한 중수소, 삼중수소를 이용하여 만드는 것이며 자연 상태에서는 절대 중수소, 삼중수소가 될 수 없다. 지난 10년 이상 미국 56곳, 유럽 100곳, 일본 77곳 등 많은 수소 충전소가 운영되어 왔지만 현재까지 단 한 건의 안전사고가 없어 수소연료의 안정성을 인정받았다.

정부는 석유나 천연가스등 화석연료에서 만들어 내는 ‘그레이(Grey) 수소’에서 재생 에너지를 이용해 만들어 내는 ‘그린(Green) 수소’로 생산 패러다임을 전환해야 할 뿐만 아니라, 수소차 생산 및 수소차 구입 혜택, 수소 충전소 설치 및 공공 차량 전환 등에 많은 예산이 투입될 예정이다.

2019년 말 현재 수소차 누적 보급 대수는 총 5,083대로 전년의 893대 대비 5.7배 증가했다. 수소차 수출도 1,724대로 2018년에 비해 2배가량 늘었다. 지난해 수소버스가 13대 보급됐고, 경찰버스의 수소버스 전환도 2대 있었다. 수소택시도 10대 도입되는 등 수소 상용차 확산이 본격화한 것이다. 수소트럭 또한 시동을 걸고 있다. 지난해 개발된 5톤급 수소트럭은 올해 청소차로 개조될 예정이며, 10톤급은 2020년부터 5년 동안 스위스로 총 1,600대가 수출될 예정이다.

수소차의 경우 버스와 택시, 공공 기관용 차량을 우선적으로 교체 진행하고 수소 충전소 설치를 위한 규제 완화까지 하는 등의 노력을 하고 있다. 지난해 9월 세계 최초로 국회에 수소충전소가 들어선 것을 비롯해 2019년에만 총 34개소의 충전소가 구축됐다. 전년 대비 2배 이상 늘어난 것이다. 2022년까지 전국 310개소를 구축할 예정이다.

수소차의 장점은 짧은 충전시간인데, 수소차가 실제 충전하는 데에만 걸리는 시간은 5분으로 짧다. 하지만 1대를 충전한 이후 20~30분가량 수소를 압축하는 시간이 필요하다. 충전소의 탱크에서 수소가 빠져나간 만큼, 그 압력을 다시 채워 넣어야하기 때문이다. 이 분야의 기술적 혁신이 요구되고 있다.

연간 4만대 이상의 트럭과 버스 등의 상용차를 생산하는 현대차 전주공장은 지난 1998년 국내 최초로 압축천연가스(CNG)버스를 개발했고, 현재 전기버스와 수소차를 생산하고 있다. 올해엔 여기에 수소트럭도 더해 수소 상용차 생산의 거점으로 자리매김할 예정이다.

우리나라 수소차가 세계시장을 선점할 수 있도록 기술개발에 대한 지원은 물론 자동차 산업의 뿌리인 부품기업 지원도 확대해야 한다. 그리고 무엇보다, 우리가 연구하고 개발 중인 방식을 국제표준으로 만드는 일이 중요하다. 지금 우리 기술이 ‘선도적’이라 할지라도, 우리나라와 다른 방식으로 발전이나 충전이 이뤄진다면 ‘수소경제’ 자체를 이끌어나가긴 어려울 거다. 수소차를 중심으로 세계에서 선도적인 역할을 하려면 더욱 꾸준히 돈과 시간을 들여야 하는 이유이다.

수소를 연료로 운송수단만을 이용하는 것이 아니라 발전소까지 운영하는 등 다양한 용도로 활용할 수 있다. 수소경제의 흥망은 결국 연구개발에 대한 지속적인 투자와 그로 인한 비용(수소 생산비용, 충전소 설립비용 등) 저감, 그리고 효율성 재고에 달려있다.

정부의 계획대로 ‘수소경제 로드맵’이 정상적으로 이행될 경우 2040년 국내 수소차 누적 보급 290만대, 수소충전소 1,200개소가 구축 되면 연간 43조 원의 부가가치와 42만 개의 새로운 일자리가 창출되는 등 한국의 경제를 이끌어 갈 원동력이 될 것이 있다. 수소의 생산, 저장, 운송, 활용 전 분야에 걸쳐 새로운 산업과 일자리가 창출될 것이다.


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