[궁금한 THE 이야기] ② 탄소 없는 삶, 수소로 실현 가능하다?

인류는 산업혁명 이후 탄소경제 속에서 비약적 발전을 이뤄냈다. 하지만 무분별한 화석연료의 사용은 인류를 위협하는 부메랑이 되어 심각한 환경오염이 발생하고 있다. 전 세계적으로 나타나는 이상기후와 심각한 지구온난화 현상에서 벗어나기 위해서는 ‘탈(脫)탄소경제’로의 전환이 필수적이다. 기후변화의 근본적인 원인은 화석연료 사용 증가로 공기 중 급격히 늘어난 온실가스인데, 그 중 절대적 비중을 차지하는 것이 이산화탄소이기 때문이다.

일상 속 에너지 절감을 통해 탄소 배출량을 줄이려고 노력을 하고 있지만, 턱없이 부족한 상황이다. 우리가 사용하는 전기의 대부분이 여전히 화석연료로부터 얻고 있기 때문이다. 이에 전 세계가 주목하는 에너지 전환은 크게 두 가지 방식이 있다. 태양광, 풍력 등 자연의 힘을 이용해 전기를 생산하는 재생에너지와 수소에 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는 수소에너지를 활용하는 것이다.

다만, 우리나라 지형 특성상 태양광 · 풍력 · 수력 등과 같은 자연을 이용한 재생에너지는 날씨와 지역에 따라 생산량을 제어하기가 어려운 단점이 있다. 그와 달리 수소에너지는 에너지 안보, 환경 등 다양한 측면에서 많은 장점을 갖고 있다. 오염물질을 전혀 배출하지 않는 청정에너지원으로 온실가스 배출 문제의 근본적이 해결책이 될 수 있고, 우리나라와 같이 에너지수입 의존도가 97%에 달하는 자원빈국에서는 수소에너지가 에너지 자립의 중요한 대안이 될 것이다.

이러한 장점으로 인해 세계 주요국 뿐 아니라 우리나라 역시 탄소중립*시대의 핵심에너지로 수소를 주목하고 있다. 세계적 컨설팅 기업 맥킨지가 발표한 수소 관련 보고서 ‘Hydrogen Meet Digital’에 따르면, 2050년 국내 수소 사용량은 약 1,690만톤에 달할 것이라고 전망했다. 이는 2015년(약 240만톤) 대비 약 7배가 늘어나는 것으로, 연간 최종 에너지 수요의 약 21%를 수소에너지의 의존한다는 것이다. 특히, 우리나라는 수소연료전지 발전 상용화에 성공했고, 수소전기차 및 발전용 수소연료전지 보급 1위를 기록할 정도로 수소경제 구축에 앞장서고 있다.

*탄소중립이란? 인간사회에서 배출되는 이산화탄소의 실질적인 배출량이 0이 되도록 하는 것을 말한다. 탄소중립 실현을 통해서 지구온난화를 막고 이에 따른 이상기후 현상을 막는 것이 주요목적이다.

그렇다면, 모든 수소 에너지가 청정 에너지원일까? 반드시 그렇지만은 않다. 수소는 생산방식과 친환경성 정도에 따라서 그레이수소 블루수소 그린수소로 구분 가능하다.

현재 생산되는 대부분의 수소 약 96%가 그레이수소로, 천연가스를 고온·고압 수증기와 반응시켜 수소를 추출하는 방식이다. 그레이수소 1톤 생산할 때 이산화탄소 10톤이 발생하는 단점이 있지만 가장 저렴한 비용으로 인해 가장 많이 사용하고 있다.

블루 수소는 CCS 기술*을 이용해 그레이 수소 생산과정 중 만들어지는 이산화탄소를 다시 활용하거나 저장한다. 따라서 그레이 수소보다는 이산화탄소 배출이 적어 친환경성이 높고 그린수소보다는 기술경쟁력이 확보되어 있어서 현재 현실적인 대안으로 주목받고 있다. 다만 이산화탄소 배출을 완전히 제거하지 못하기 때문에 한계가 존재한다.

*CCS(Carbon Capture and Storage) : 대기 중에 있는 이산화탄소뿐 아니라 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 활용하거나 저장하는 기술

그린수소는 물의 전기분해를 통해서 얻어지는 수소로, 생산 과정에서 이산화탄소 배출이 전혀 없어 궁극적인 친환경 수소라 할 수 있다. 여기서 중요한 것은 화석연료가 아닌 신재생에너지 발전을 통해 얻은 전기를 사용한다는 것이다.

그린수소 생산의 핵심 기술로 ‘수전해 시스템’이 꼽힌다. 수전해는 전기로 물을 분해해 산소와 수소를 생산하는 친환경적 방법이다. 그러나 우리나라는 아직 수전해 설비의 효율이 상대적으로 낮고 핵심 소재 기술이 부족해 상용화에 어려움을 겪고 있다.

현재 그린수소가 화석연료 기반 수소 대비 단가가 높은 이유 중 하나도 수전해 설비 비용이 높기 때문이다. 현재 우리나라 그린수소의 평균가격은 kg당 약 1만원으로 그레이 수소(약 5000원)보다 비싸다. 우리나라는 아직 수전해 기술 관련 시장이 크지 않기 때문에 국산 수전해 설비의 효율이 경쟁국에 비해 낮고 핵심 소재 기술도 부족한 실정이다.

수소는 매년 수요 증가는 물론, 활용 분야도 석유화학산업 중심에서 수송, 발전 분야까지 확대될 것으로 전망되는 차세대 에너지원이다. 따라서 정부와 기업은 차세대 그린수소 분야의 국산 수전해 설비 기술 경쟁력을 높이고 관련 시장을 확대해 비용 절감에 더욱 힘써야 한다.

대표적으로, 우리나라 철강기업 포스코가 2050년까지 수소 500만 톤 생산체제를 구축해 미래 청정에너지인 수소 사업을 개척하겠다는 비전을 선포한 바 있다. 이에 따라 수소를 활용한 철강 생산 기술인 ‘수소환원제철공법’ 연구와 수소를 ‘생산-운송-저장-활용’ 하는데 필요한 강재 개발, 부생수소 생산 설비 증대, 수소 생산 핵심기술 개발 등 다양한 역량 강화에 힘쓰고 있다. 그린수소 유통 및 인프라 구축 등 다양한 사업 기회를 모색해 수소 경제 사회의 최대 수소 수요업체이자, 생산업체로 도약하기 위한 대규모 투자를 벌일 것으로 보인다.

앞으로도 우리나라 대표 그린수소 선도기업으로 자리매김하기 위한 포스코의 행보를 기대해 본다.