수소사회 견인하는 연료전지

수소사회 견인하는 연료전지

요즘 수소경제에 대한 얘기가 뉴스에 많이 나오죠?  그래서 오늘은 제가 쓴 책 (기후위기시대, 에너지 이야기 :  크레파스 북 출판사,  2020.10월) 중 수소연료전지에 대한 이야기를  발췌해서  일부를  아래에 소개합니다. 

 출판사와의 계약관계상 전문을 올리지 못하고 일부분 만을 공개하는 점 양해 바랍니다.

- 아  래 -

돌발퀴즈 하나.  우주에 가장 많은 원소는?  별들의 에너지원이며, 미래 에너지로 주목받고 있는 원소? 

답은 수소다.

수소는 주기율표의 첫 번째 자리를 차지하며, 가장 가벼운 원소이고, 우주 질량의 약 75 %를 차지하는 가장 풍부한 원소다.  수소는 말 그대로 물을 만드는 원소다.  수소가 만드는 물은 생명계에 필수적이다. 

또한 수소로 전기를 만들 수 있는데, 원리는 간단하다. 우리가 중고등학교에서 배우는 물의 전기분해의 역반응이다.  물을 전기 분해하면 수소와 산소가 발생한다.  역으로 수소와 산소를 반응시키면 터빈 등 발전장치의 도움 없이도 전기가 생산된다.  이러한 장치를 연료전지라고 한다.

연료전지는 ‘전지’라는 말이 붙어 있지만, 일반적인 전지와는 다르다.  일반적인 전지는 한 번 쓰고 버리는 1차 전지와 다시 충전해서 쓰는 2차 전지로 구분되는 반면,  연료전지는 연료만 공급되면 계속 사용할 수 있다.

연료전지의 발전 효율은 40~60% 정도로 대단히 높은 편이다.  반응 과정에서 발생되는 배출열까지 이용하면 전체 연료의 최대 80%까지 에너지로 바꿀 수 있다. 

또한 다양한 연료를 사용할 수 있어서 에너지원을 확보하기 쉽고, 연료를 태우지 않기 때문에 친환경적이다.  대표적인 환경 문제인 이산화탄소배출량도 석탄화력발전의 3분의 1 정도이며 소음 역시 적다는 장점이 있다.

한편 수소의 단점으로는 저장하기 어렵고 운반이 어려우며 폭발의 위험이 있다. 그러나 연료전지차는 내연기관차나 전기차, LPG차에 비해 훨씬 안전한 편이라 한다.

그리고 연료전지차에 들어가는 연료탱크는 700 기압에도 견딜 수 있어 7,300톤의 에펠탑을 올려놓아도 견딜 수 있다고 한다.

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최근 많은 관심을 받고 있는 수소연료전지차를 예로 들어보자.

수소를 기본적인 연료로 사용해 전기를 발생, 이 전기의 힘으로 모터를 돌려 구동한다.  물만 배출하고 온실가스의 주범인 이산화탄소나 대기오염의 원인인 미세먼지 등을 전혀 배출하지 않는 ‘꿈의 자동차’라 불린다.

세계는 연료전지차 시대의 서막을 알리고 있다.  미국, 일본, 독일, 프랑스, 영국 등은 연료전지차 시장 선점과 수소충전소 구축에 많은 정부 예산을 지원하고 있다.

미국은 캘리포니아를 중심으로 연료전지차와 수소충전소 보급 확대에 적극 나서고 있다.

캘리포니아는 친환경차 천국이라고도 불리는데, 세계에서 연료전지차와 수소 충전소가 가장 많이 보급된 곳이다.  캘리포니아와 연방정부(에너지부)를 중심으로 민관이 파트너십을 맺고 수소차와 충전소 확대에 적극적인 움직임을 보이고 있다.

독일 또한 중앙부처 공동 참여 국가기구를 조직해 수소산업 생태계를 빠르게 진화시켜나가고 있으며,  일본은 도쿄타워 인근 도심 수소충전소 운영 등 수요자 중심의 인프라 구축에 앞장서고 있다.

우리나라 역시 연료전지차에 드라이브를 걸고 있다.  2019년 당시 화제가 되었던 연료전지차 관련 뉴스 몇 토막이 기억난다. 

2019년 9월 국회 수소충전소의 준공식이 있었다.  세계 최초의 국회 수소충전소인 이곳은 서울의 첫 번째 상업용 수소충전소다. 

그해 문재인 대통령도 전용차량을 수소차로 바꿨다.  그리고 비서실 행정차량과 경호처 차량 6대를 친환경 수소차로 구입했다. 

또한 2018년 8월에는 프랑스를 국빈 방문한 문 대통령이 파리 중심가인 샹젤리제 인근 거리에서 연료전지차를 타고 손을 흔들며 웃던 모습이 떠오른다.  당시 문 대통령이 탄 차량은 프랑스에 수출한 첫 번째 차량이었다.

참고로 지난 4월 한국자동차산업협회에 따르면 우리 나라는 세계에서 가장 많은 수소차를 보급하고 있다. 2021년 3월 기준 전세계 수소차는 약 3만 7,400인데,  이중 1만 2,439대가 한국에 있다고 한다. 전체의 33%로 세계 1위다.

그러나 연구용을  제외한 실제 수소 충전소는 69기에 그치고 있어 충전 인프라는 상대적으로 미흡한 편이다.

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연료전지는 전기와 물을 동시에 얻을 수 있어서 우주개발 분야에서 가장 먼저 그 필요성을 인정받았다.

1969년 인류 최초로 달에 착륙한 아폴로11호가 연료전지를 사용한 이후 우주왕복선 선내의 전기와 음료수를 공급하는 역할을 하고 있다.

산업에서는 1970년대에 미국에서 호텔이나 병원의 발전기로 도입되기 시작했고,  1994년에는 다임러 벤츠(현재 다임러클라이슬러) 사가 연료전지 자동차를 발표했다.  그만큼 연료전지는 이미 오래전부터 연구가 진행되어 온 분야다.

때문에 다른 신재생에너지에 비해 단기간의 투자로 가정이나 산업현장에서 사용할 수 있는 발전기가 제품으로 나올 가능성이 높다. 

또한 다양한 분야에 적용 가능하다는 장점이 있다.  최근에는 친환경 연료전지를 적용해 관리비를 40% 가량 대폭 줄인 타운하우스가 선보이기도 했다.

연료전지는 앞서 언급했듯이 기술의 상용화가 이루어지고 있는 과정에 있다. 그만큼 연료전지 분야는 연구 인력뿐만 아니라 기능직과 생산직의 인력 수요도 지속적으로 발생할 것으로 예상된다.

석탄에너지 시대가 지나고 새로운 에너지원으로 수소를 사용하기 위해서는 연료전지의 발전이 필수적이다.

따라서 우리에게 펼쳐질 수소사회 성장을 견인하는 연료전지에 대한 더 많은 관심과 발전 노력이 절실히 필요한 때다.

* 출처 : 기후위기시대 에너지 이야기(출판사 : 크레파스 북)