남극 얼음이 녹고 많은 나라에서 허리케인과 태풍 같은 자연재해도 갈수록 늘고 있습니다. 200여년간 석유와 석탄 등 화석연료를 대거 사용하면서 탄소 배출이 늘면서 일어난 기후변화입니다. 세계 각국은 선진국을 중심으로 탄소 배출이 적은 에너지원을 찾는데 힘을 쏟고 있습니다. 그 대표 에너지 가운데 하나가 바로 수소입니다. 대한민국 정부도 최근 '수소경제활성화' 계획을 마련하면서 미래 에너지로 수소에 주목하고 있습니다. 수소에너지에 대해 알아보겠습니다.
Q:수소는 어떤 에너지인가요.
A:수소는 우주 질량의 75%를 차지할 정도로 풍부한 물질입니다. 또 우주에 존재하는 가장 가볍고 풍부한 원소로, 냄새와 색깔이 없습니다.
수소는 연소하기 쉬운 기체로 공기나 산소와 접촉하면 쉽게 불이 붙습니다. 수소-공기 혼합 기체에 불꽃을 튀겨주면 조건에 따라 폭발적인 연소 반응을 보이기도 합니다. 폭발이 일어나는 농도 범위가 다른 기체보다 커서 폭넓게 폭발을 일으킵니다. 이 때문에 적절한 조건으로 통제하면서 수소를 연소시키면 일반 도시가스처럼 에너지원으로 이용할 수 있습니다.
화석 에너지를 사용할 때는 이산화탄소와 질소 및 황 화합물과 같은 오염 물질이 발생되지만, 수소는 그렇지 않습니다. 수소가 가지는 에너지로서 장점은 연소하면서 소량의 물과 극소량의 질소산화물만 발생할 뿐 다른 공해물질을 전혀 발생하지 않는 '청정연료'라는 점입니다. 또 다른 장점은 발열량이 석유보다 약 3배가량 높은 효율적인 에너지라는 점입니다. 수소를 직접 연소시켜 에너지를 얻을 수도 있고, 연료전지 등 연료로도 사용이 가능합니다.
Q:수소를 어떻게 만드나요.
A:현재 세계 수소 소비량은 수백억톤에 달하지만 대부분 석유탈황, 암모니아 제조 등 화학공업부문 원료로 쓰입니다. 제조기술은 천연가스, 석탄, 바이오메스 분자구조에 포함된 수소를 열분해, 전기분해, 광분해 등으로 분리시키는 방법이 있습니다. 현재 상용화된 공업용 수소 생산은 주로 탄화수소의 수증기 메탄 개질이나 물 전기분해로 이뤄집니다. 물을 원료로 해 값싸게 대량생산할 단계에 아직 이르지 못하고 있어 열원으로 이용도는 낮은 편입니다. 따라서 각국은 그 제조기술 개발에 노력하고 있습니다. 원자력발전 전력으로 물을 전기분해하는 방법도 있지만 효율이 낮고 핵연료를 쓴다는 점에서 부정적인 견해가 있습니다.
Q:수소 에너지는 주로 어디에 사용하나요.
A:청정에너지인 수소가 쓰일 가장 유망한 분야가 바로 자동차와 선박 등 운송 수단입니다. 자동차, 배 등이 수소를 연료로 하면 수증기만 배출하고 매연은 배출하지 않아 환경을 지킬 미래 에너지로 각광받는 것이지요. 수소전기차는 수소 충전 한번으로 400㎞를 이동할 수 있습니다. 수소는 연료전지를 활용해 발전원으로도 활용이 가능합니다.
Q:수소를 에너지로 이용하는데 어려움은 없나요.
A:수소는 청정에너지이자 미래 에너지원으로 주목받지만 한계점도 있습니다. 우선 수소 제조 때 오염원을 내뿜지 않으면서도 값싼 수소를 만드는 것이 필요합니다. 제조 비용이 크면 상용화가 어려워 대중적인 에너지로 활용하기 어렵습니다. 또 저장과 운송도 문제입니다. 수소는 무게 당 에너지 밀도는 높으나, 쉽게 액화되지 않기 때문에 부피당 에너지 밀도는 다른 연료에 비해 적은 편입니다. 따라서 실용적으로 상용화시키기 위해서는 같은 부피에 많은 양의 수소를 저장할 수 있는 방법의 개발이 필요합니다.
Q:수소가 폭탄으로 변하지 않나요.
A:수소는 인류의 중요 에너지원인 것이 분명하지만 '수소폭탄'으로 변하지 않나 우려도 있습니다. 수소폭탄이란 기존 핵분열 반응을 이용한 원자폭탄의 강력한 에너지를 이용해 삼중수소가 핵융합을 일으킬 때 발생하는 거대한 에너지를 이용하는 폭탄을 말합니다. 즉 핵분열과 핵융합 반응이 차례대로 일어나며 엄청난 파괴력을 보여주는 것이죠. 수소 핵융합 과정에서 나오는 엄청난 에너지가 수소폭탄 위력을 만들기에, 간혹 핵융합 연구가 수소폭탄을 제작하는 기술과 관련이 있는 것으로 오해를 받기도 합니다. 수소폭탄 내부에서 수소의 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 반드시 원자폭탄 에너지가 필요합니다. 즉, 원자폭탄이 없으면 핵융합 반응만으로 수소폭탄이 만들어질 수는 없는 것이죠. 아울러 수소는 가장 가벼운 원소이기 때문에 유출되더라도 하늘 높이 사라집니다.
◇수소 에너지와 핵융합 에너지, 편집부 지음, 아이뉴턴(뉴턴코리아) 펴냄
여러 에너지 대안으로 수소 에너지와 핵융합 에너지에 관해 다루는 책이다. 저자는 수소 에너지가 화석 연료와 달리 사실상 무한인 자원이며 환경도 해치지 않는 청정 에너지라고 소개한다. 또 핵융합 에너지도 원자력 에너지보다 안전하고, 태양광 등 재생에너지가 감당하기 힘든 발전을 할 수 있다고 말한다. 현 새로운 에너지 사회를 지탱할 것으로 기대되는 수소와 핵융합에 관해 기초부터 최신 정보를 소개한다. 또 연구개발의 최전선에 있는 리더들의 인터뷰도 함께 수록돼 있다.
◇수소혁명, 제러미 리프킨 지음, 이진수 옮김, 민음사 펴냄
산업혁명 시대 초기 석탄과 증기기관이 새로운 경제 패러다임을 마련했듯, 이제 수소 에너지가 기존 경제·정치·사회를 근본적으로 바꿀 것이라고 예견하는 경제서다. 저자는 '노동의 종말' '소유의 종말'을 쓴 학자다. 지구상에서 가장 근본적이고 가장 쉽게 구할 수 있는 자원인 수소가 인간 문명을 재구성하고 세계 경제와 권력 구조를 재편할 것이라고 말한다. 모든 사람이 소비자인 동시에 잠재적인 에너지 공급자가 될 수 있는 수소혁명 시대에 대해 소개한다.
이경민 산업정책(세종)전문 기자 kmlee@etnews.com
