[과학에세이] 미래 에너지 수소 왜 필요한가

1969년 7월 20일은 인류의 첫 유인 우주선인 아폴로 11호가 달에 착륙해 우주 여행의 시작을 알리는 경이로운 날이었다. 이 우주선을 시작으로 언젠가는 인간의 달여행이 가능하다는 인식이 자연스레 스며들었다.

그런데 산소가 없는 우주공간에서 어떤 추진연료로 아폴로 11호가 달에 착륙할 수 있었을까? 그건 바로 요즘 기후변화 대응과 에너지 안보를 위해 전세계적으로 각광받고 있는 수소이다. 미국에서 1960년대 순 수소의 높은 에너지 밀도와 순 산소를 전기화학적으로 반응시킨 군사용 연료전지를 추진력으로 사용해 우주선을 만든것이었다. 40년이 지난 지금, 멀게만 느껴졌던 수소기술이 우리 옆에서 자동차와 발전으로 다가오고 있다.

전 세계적으로 환경오염, 에너지 수요 증가 및 에너지 자원의 지역적 편중 문제 등으로 인해 에너지의 수급 불안과 자원고갈 문제 등이 점점 심각해지고 있다. 우리는 이러한 문제점을 해결하기 위해 지속적이고 친환경적인 에너지원을 찾아왔는데, 수소는 이러한 문제점을 해결할 수 있는 중요한 에너지원 중 하나이다. 미래의 중요 에너지원으로 여겨지고 있는 수소는 생산 및 저장, 운송의 과정에서 고난도 기술이 필요하기에 경제성이 떨어지는 것은 분명한 사실이다. 그러나, 수소를 단순히 에너지원의 하나로만 사용하는 것이 아니라 탄소 기반 현재 사회를 수소 중심의 경제사회로 전환시키게 된다면 전기, 열에너지 등 최종 에너지로의 변환이 가능하다. 뿐만 아니라, 전기와 달리 대용량 장기간 저장이 가능한 만큼, 글로벌 관점의 시공간적 에너지 분배 시스템에 획기적인 변화를 일으킬 수 있는 잠재력을 갖고 있다.

수소경제사회로의 필연적 변화에는 핵심적인 몇 가지 이유가 있다. 첫 번째는 심각해져가는 전 지구적 차원의 기후변화이다. 화석연료 사용량의 증가로 인해 이산화탄소 등 온실가스들의 배출이 심각해지고 있다. 그 결과 기후가 변해 대륙과 해양에 걸쳐 자연과 인간사회의 시스템에 큰 영향을 미치고 있다. 이러한 이유로 전 세계적으로 온실가스를 감축시켜야만 하고, 이를 위해 이산화탄소 배출 감축을 목표로 노력하고 있다. 수소사회로 전환된다면 에너지 생산시 오염물질이 아닌 오직 물만 배출되는 청정에너지인 수소의 순기능을 통해 대기오염을 감소시킬 수 있다.

두 번째 이유는 에너지 자립의 필요성 때문이다. 우리나라는 총 에너지 수요의 약 97%를 수입에 의존하고 있다. 그래서 수소경제는 에너지 자립을 위한 해결책으로 급부상하고 있다. 수소는 인간이 만들 수 있는 유일한 실용적인 에너지원이기에 수소 생산을 증가시키면 한국의 에너지 자립도뿐만 아니라 에너지 안보를 통한 국가 경쟁력을 크게 향상시킬 수 있다.

세 번째 이유는 에너지의 수요 증가 때문이다. 2021년 현재 전 세계의 인구는 약 79억 명에 이르렀다. 인구수의 급격한 증가와 산업의 발전으로 인해 더 높은 발전효율의 필요성이 대두되고 있다. 정치용 수소연료전지의 경우 발전효율이 35~60%, 전기와 열에너지를 혼합한 발전효율은 80% 이상의 고효율로, 급격히 증가하는 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 대안이다. 또한 수소에너지는 태양광, 풍력 등과 같은 재생에너지와는 다르게 필요한 만큼 일정한 정격전력을 발전할 수 있어 잉여전력이 생기지 않고, 또한 잉여전력을 이용해 수소가스로 저장하면 언제든지 필요시 추가 전력으로 사용할 수 있다.

인류의 에너지 변천사를 보면, 석기시대의 나무가 주가 되던 에너지 생태계로부터 석탄을 에너지원으로 한 증기기관 시대를 거치고, 20세기의 산업 발전을 이룬 석유를 에너지원으로 한 내연기관 시대로 발전되어왔다. 21세기에는 가스를 에너지원으로 사용한 시대부터는 정보통신 혁명을 이루고 있다. 이처럼 역사적으로 에너지 혁명이 곧 산업혁명으로 이어져 왔기에 현재의 4차 산업혁명과 함께 수소에너지 사회로의 전환은 필수적인 시대의 흐름이며 우리가 맞이할 미래의 에너지경제이다. 

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