[스크랩] [기획-수소에너지①] 인류를 구원할 미래 친환경 에너지 ‘Hydrogen`

인류를 구원할 미래 친환경 에너지 ‘Hydrogen'

유가 고공행진 '비상'…수소에너지 대안 부상

 

 

[편집자주] 지난 18일 국제유가가 사상최대치인 배럴당 70달러를 돌파했다.

 

고유가 시대라는 단어가 귀에 익숙해지기도 전에 초고유가 시대가 눈앞에 다가와 버린 셈이다.

 

   전문가들은 이같은 유가의 고공행진이 앞으로도 지속되면서 2010년 이전에 배럴당 100달러선을 넘어설 가능성이 높다고 경고하고 있다.

 

이는 과거의 유가상승이 정치․경제적 원인에 의한 결과였다면 지금의 상황은 화석연료의 고갈, 즉 인류가 사용할 수 있는 석유 및 천연가스의 량이 얼마 남지 않았다는데 근본적 이유가 있기 때문이다.

 

실제로 에너지전문가들마다 다소 견해의 차이는 있지만 현재와 같은 에너지소비 추세를 감안할 때 석유의 경우 향후 30~40년, 천연가스는 50~60년이면 지구상에서 완전히 사라질 것으로 보고 있다.

 

결국 머지않은 미래에는 웬만한 재력가가 아니라면 자동차가 있어도 휘발유가격을 감당하지 못해 차를 두고 다녀야 할지도 모를 일이다.

 

특히 에너지는 한 국가의 산업, 경제, 안보문제와 직결된 사회발전을 위한 절대적 원동력으로서 미국의 이라크전쟁에서도 알 수 있듯 21세기는 에너지패권을 갖는 자가 지구촌의 패권을 거머쥐는 에너지확보전쟁의 시대이다.

 

우리나라를 비롯 전세계가 미래에너지, 차세대에너지, 친환경에너지로 불리는 수소에너지(hydrogen energy)의 개발에 막대한 자금을 쏟아 넣으며 국가적 명운을 걸고 총력을 기울이고 있는 이유가 여기에 있다.

 

이에 국내외 수소에너지 연구 및 기술개발 현황을 살펴보고 머지않은 미래에 현실화될 ‘수소경제(hydrogen economy)’ 시대를 조망하는 기회를 갖기 위해 총 6회에 걸쳐 수소에너지 기획시리즈를 연재한다.

에너지독립 실현의 ‘꿈의 에너지’

 

 

‘수소경제’라는 용어는 호주의 전기화학자인 보크리스(John Bockris)가 처음 사용한 것으로 알려져 있지만 지난 2002년 세계적 경제학자이자 미래학자인 제레미 리프킨(Jeremy Rifkin) 교수가 지은 ‘수소경제(The Hydrogen Economy)’라는 저서를 통해 널리 회자되기 시작했다.

 

지난해 우리나라를 방문하기도 했던 리프킨 교수는 이 책에서 “곧 석유시대의 종말이 찾아오게 되고 지구상에서 가장 풍부한 자원이자 영원히 고갈되지 않는 수소가 석유를 대체하게 될 것”이라고 확신했다.

 

현재까지 리프킨의 이같은 예상은 정확히 맞아떨어지고 있다. 그의 생각대로라면 우리의 손자들은 휘발유자동차를 박물관이나 시대극을 통해서나 볼 수 있게 될 것이다.

 

이처럼 수소가 차세대에너지로서 각광받는 이유는 명확하다.

 

강력한 폭발력(가연성)을 지녀 연료로서 활용성이 높은 고효율의 에너지이자 연소(燃燒)후 질소산화물(NOx)을 극소량 배출하는 것을 제외하면 대기오염물질을 전혀 방출하지 않기 때문이다.

 

수소는 또 자원고갈의 우려가 없는 물(H2O)을 전기분해(electrolysis)하여 만들 수 있는 무한에너지이기도 하다.

 

특히 수소는 석유, 천연가스와 같이 일반적인 연료로서의 기능은 물론 소형발전소라 할 수 있는 수소연료전지를 통해 전기와 난방열까지 얻을 수 있어 자동차, 버스, 오토바이, 비행기, 선박, 열차(지하철) 등 현존하는 모든 종류의 에너지에 활용이 가능하다.

 

반면 DME(산소함유액화석유가스), 메탄하이드레이트(methane hydrate), 바이오매스, 태양열, 풍력, 조력 등 여타 신재생에너지들의 경우 화석연료처럼 매장량이 한정돼 있거나 활용성이 특정분야에 제한되어 있다는 점이 한계로 지적된다.

 

결국 인류를 에너지 대란(大亂)에서 구원할 궁극적․원천적 대체에너지는 수소 밖에 없는 셈이다.

 

아직 기술적으로 수많은 장벽을 극복해내야 하지만 향후 물을 원료로 하는 수소경제가 실현된다면 전세계 모든 국가가 사실상 에너지 자립의 꿈을 이루게 된다.

 

즉 국가 에너지소비량의 95% 이상을 해외에 의존하고 있는 에너지 빈국인 우리나라의 입장에서 수소에너지는 에너지 강국으로 가기 위한 필수불가결한 선택이다.

국내외 수소에너지 연구개발 현황

 

에너지로서 수소에 대한 연구가 이루어진 것은 지난 1960년대 부터이다.

 

당시 미국을 비롯한 일부 선진국들이 우주항공 분야에서의 필요성에 의해 수소를 연료로 하는 로켓(우주왕복선)을 개발하면서 액체수소(liquid hydrogen)의 저장 및 배송기술, 연료전지 이용기술 등을 상용화시킨 것이다.

 

이후 2차 오일쇼크를 겪으면서 1990년대에 이르러 90년 미국, 93년 일본, 97년 독일 등 선진국들이 국가적 차원의 대규모 수소개발프로젝트를 속속 출범시켰고 수소는 단순한 연료의 개념에서 벗어나 대체에너지의 하나로 연구가 본격화됐다.

 

현재 세계각국은 수소에너지의 개발을 위해 연간 4~5조원 이상의 막대한 자금을 투자하고 있으며 수소에너지 전담기관만 수십여곳을 넘어선 상황이다.

□ 미국 - 부시 행정부의 전폭적 지원 받아

 

 

미국은 지난 90년 마츠나가 수소연구개발법안에 이어 92년 DOE(에너지국)가 수소프로그램(Hydrogen Program)을 마련하면서 수소에너지 개발의 포문을 열었다.

 

특히 에너지문제에 높은 관심을 갖고 있는 부시 행정부의 출범이후에는 세계최대 규모의 다각적․전폭적 지원이 제공되고 있다.

 

구체적으로 2003년이후에만 수소자동차 개발에 12억달러, 수소연료전지개발에 17억달러의 투자계획을 밝힌바 있으며 매년 수소의 제조, 저장, 배송, 활용 등 모든 분야에서 지원을 늘려나가고 있다.

 

미국은 또 원자력 발전시 발생하는 약 1000℃의 열에너지로 물(H2O)을 해리(解離)시켜 대량의 수소를 생산할 수 있는 수소원자로의 개발에도 2003년 200만달러, 2004년 640만달러, 2005년 900만달러, 2006년 2,000만달러 등 지원금을 대폭 확대하고 있는 상황이다.

 

전문가들은 지난해 5월경 부시 대통령이 1973년 쓰미마일아일랜드 원전사고 이후 중단됐던 미국내 원자력발전소 건설을 재개하겠다고 전격 발표한 것도 수소원자로와 무관치 않은 결정으로 보고 있다.

 

이외에도 캘리포니아 주정부가 수소자동차의 보급확대와 이용자의 편의를 위해 오는 2010년까지 주(洲)내의 주요고속도로에 총 200개의 수소충전소를 건설하는 ‘캘리포니아 수소고속도로 프로젝트’를 추진하고 있는 것을 비롯 DOE, 주정부, NASA, 국내외 민간기업들이 연계된 다양한 실증프로그램 및 상용화 연구가 진행중이다.

□ 유럽연합(EU) - 범유럽 차원의 공동프로젝트 활기

 

EU의 경우 많은 국가들이 다양한 분야에서 프로젝트를 수행하고 있으며 공동체라는 특성을 살려 범유럽 차원의 다국적 프로젝트들이 활기를 띄고 있다.

 

이중 대표격은 총 1천8백50만 유로가 투자된 유럽청정도시교통(CUTE) 프로그램으로 유럽 도시의 대중교통수단을 수소연료전지 자동차로 전환, 도시공기를 맑게 하자는 취지로 출범했다.

 

현재 다임러크라이슬러가 제공한 연료전지 버스 30여대가 유럽 10개국의 수도에서 일반시민들을 대상으로 상용 운용되고 있다.

 

EU는 또 유럽수소통합프로젝트(EIHP)를 통해 유럽전체를 아우르는 수소에너지 관련 표준 및 기준을 마련했다.

 

올해초에도 수소연료차 실증프로젝트인 ‘HYCHAIN-MINITRANS Project’가 새롭게 출범했다.

 

EU가 1,700만유로를 지원하는 이 프로젝트는 올해부터 5년간 프랑스, 독일, 스페인, 이탈리아 등 4개국에서 총 150대의 수소자동차, 수소버스, 수소삼륜차, 수소스쿠터, 수소자전거, 수소휠체어 등의 실증을 진행하게 된다.

 

국가별로는 미국과 함께 세계최고 수준의 수소에너지 기술력을 보유하고 있는 독일과 지난 99년 세계최초로 수소경제국가로의 전환을 천명했던 아이슬란드가 가장 발빠른 움직임을 보이고 있다.

 

먼저 독일은 3,300만유로를 투자해 BMW, 다임러크라이슬러 등과 함께 청정에너지파트너쉽(CEP)를 체결, 수소자동차 및 수소충전소 실증에 나섰으며 수송에너지전략(TES) 프로그램을 통해 오는 2007년까지 수소충전소 30개소 설치, 2010년까지 수전해에 의한 수소충전소 300개소 설치, 2010년~2015년까지 파이프라인을 통한 수소공급인프라 구축 등을 추진중이다.

 

아이슬란드는 2003년 레이캬비크 지역에 세계최초의 상업용 수소충전소를 가동하고 일반시민들을 대상으로 수소버스를 운용하는 등 연구단계를 넘어 실용화단계에 들어섰으며 오는 2030년까지 자국내 화석연료 사용량을 수소로 완전 대체할 계획이다.

□ 일본 - 2020년 수소자동차 500만대 보급

 

우리나라와 같은 에너지자원 빈국에 속하는 일본은 지난 93년 선샤인프로그램, 문라이트프로그램, 환경기술연구개발프로그램 등 3개의 프로젝트를 통합하여 신에너지․환경기술연구개발계획으로 불리는 뉴선샤인프로그램(New Sunshine Program)을 출범시키며 막강한 자금력을 무기로 신흥 수소에너지 강국의 반열에 입성했다.

 

특히 경제산업성 산하기관인 신에너지․산업기술종합연구기구(NEDO)의 WE-NET(world energy network) 프로젝트를 중심으로 모든 국책연구사업이 전개되고 있다.

 

이를위해 일본정부는 93년부터 2020년까지 3단계에 걸쳐 총 25억달러를 투자할 계획이며 2002년 종료된 2단계 프로젝트까지 이미 1억4,100만달러가 투입됐다. 또한 수소연료전지 자동차의 시장진입을 목표로 수소저장용기, 표준화 등을 추진하기 위해 내년까지 2억5,000만달러가 투자될 예정이다.

 

이외에도 GM, 다임러크라이슬러, 토요타, 혼다, 닛싼 등 5개 완성차 제조업체가 참여하고 있는 ‘수소연료전지 실증프로젝트’(JHFC)와 주택 및 자동차용 고체고분자형연료전지(PEFC)의 조기상용화를 위한 총예산 3,000억원 규모의 ‘밀레니엄PEFC프로젝트’ 등도 일본의 대표적인 수소 연구개발 프로젝트의 하나이다.

 

일본은 이같은 노력을 바탕으로 오는 2010년까지 수소연료전지자동차 5만대를 보급하고 2020년경 이를 5백만대까지 확대한다는 목표를 세우고 있다.

□ 대한민국 - 국책사업단 중심의 민․관 공동연구

 

 

우리나라가 국가차원에서 수소에너지에 대해 본격적인 관심을 가진 것은 지난 2003년 과학기술부가 프론티어사업의 하나로 ‘고효율수소에너지 제조․저장․이용기술개발사업단(단장 김종원)’을 출범시키면서 부터이다.

 

이후 수소․연료전지사업단(단장 홍성안), 원자력수소사업추진단(단장 박종균), 미래형자동차기술개발사업단(단장 유영면) 등이 과기부와 산자부의 지원으로 잇따라 설립되면서 수소에너지에 대한 본격적인 연구가 시작됐다.

 

현재 국내 수소에너지 연구는 이러한 4개의 국책프로젝트를 정점으로 산․학․연이 연대하고 있는데 정유사(SK, GS칼텍스), 천연가스기업(한국가스공사, 서울도시가스, 대구도시가스), 완성차 메이커(현대․기아자동차, GM대우) 등 에너지 및 자동차 관련 대기업들의 참여가 이어지고 있다.

 

지자체 중에는 신재생에너지의 메카를 표방하는 전라북도가 올해 2월 ‘신재생에너지 테마파크 조성’을 골자로 하는 마스터플랜을 발표하는 등 적극적인 움직임을 펼치고 있다.

 

전북도는 총 1,000억원을 투자해 부안군 11만평의 부지에 수소파워파크(Hydrogen Power Park), 체험시설, 산업단지 등을 조성할 계획이다.

 

이와관련 산자부도 그동안 과기부, 산자부, 환경부, 농림부 등이 독자적으로 프로젝트를 추진해오면서 나타난 중복연구의 폐해를 막고 범국가적 차원의 수소경제 종합계획을 구축하기 위해 지난해 9월 ‘수소경제마스터플랜’을 마련했으며 현재 혁신본부에서 5개 유관부처가 담당할 연구과제를 조정하고 있는 상황이다.

 

마스터플랜에는 화석연료 고갈에 대비하기 위한 대체에너지원으로서 수소․연료전지를 집중 육성한다는 방침을 재천명하고 국내총생산(GDP) 중 수소연료전지산업의 비중을 2020년 4%, 2040년 8%로 확대함으로서 2040년경 국내 자동차의 54%, 발전설비의 22%, 주거전력설비의 23%, 모바일기기의 100%를 연료전지로 대체한다는 내용이 포함되어 있다.

 

한편 우리나라는 선진국에 비해 10년이상 뒤져 기술개발에 돌입한 만큼 후발주자에 속해 있으며 2012년까지 수소자동차 1만대의 생산능력을 갖출 계획인 현대자동차와 세계최고 기술력을 자랑하는 원자력-수소 분야 정도를 제외하면 기술수준이나 투자규모 모두에서 상당히 뒤쳐여 있는 것이 사실이다.

 

이에따라 우리나라가 미래 수소경제시대의 주역으로 부상하기 위해서는 다양한 분야에 전방위적인 투자를 단행하기 보다는 현실적으로 강점을 누릴 수 있는 기술을 정확히 선택하여 집중적인 연구개발을 전개하는 일명 ‘선택과 집중’의 전략이 필요하다는 것이 국내 에너지 전문가들의 지적이다.

 

기술개발 과정에서의 시행착오를 최소화하고 향후 치열하게 전개될 것이 확실시되는 세계 각국의 표준화 경쟁에서 승리하기 위해 선진국들과의 공동연구와 협력에도 적극 나서야할 것임은 물론이다.

[표-1] 수소가스 제조단가

	제조비용		비중
	천원/톤	달러/㎏
원  료	1,116	0.91	79.9%
유틸리티	96	0.08	6.8%
부재료	25	0.02	1.8%
투자비	161	0.13	11.5%
합  계	1,398	1.15	100.0%

*나프타(28.9달러/bbl), 환율(1,220원/달러) 기준

*자료: SK㈜

 

[표-2] 미국 DOE의 수소에너지 관련 예산         (단위:백만달러)

	2004년	2005년	2006년
수소 연료 (EERE 프로그램)	145	169	183
수소자동차 (Freedom CAR 프로젝트)	150	160	184
수소자동차 및 연료전지 (Hydrogen Fuel Initiative. Freedom CAR 프로젝트)	232	254	283
화석연료	5	17	22
원자력에너지	6	9	20
과학기술정책국	0	29	33
합  계	243	309	358

 

[표-3] 선진국의 주요 수소공급시스템 기술개발 프로젝트

	연구주제	참여기관 및 기업
DOE 프로젝트 (미국)	- 천연가스를 이용한 수소생산. - 자동차용 수소충전소 및 연료전지를 이용한    전기(50㎾) 생산.	에어프로덕트  Plug Power
	- 천연가스 개질을 통한 턴키방식의 상업적    수소충전소 개발 (50N㎥/hr)	에어프로덕트
	- 천연가스 자열개질방식의 순환형 개질을    통한 수소충전소 개발 (20N㎥/hr)	GE
	- 천연가스로부터 고효율 수소공급충전소    개발 (40~60㎏/日)	Gas Technilogy  Institute
	- 천연가스 개질형 저비용 수소 생산 플랫폼    개발 (28~140N㎥/hr)	프렉스에어
WE-NET 프로젝트 (일본)	- 천연가스 수증기개질 및 PSA방식을 통한    수소충전소 개발과 실증실험	오사카가스
JHFC 프로젝트 (일본)	- LPG, 메탄올, 납사, 가솔린 수증기 개질    및 PSA방식을 통한 수소충전소 개발과    실증실험	에어리퀴드, 토쿄가스,  니뽄오일, 코스코오일
CUTE 프로젝트 (EU)	- 천연가스 수증기 개질방식의 수소충전소    개발 및 FC 버스 실증실험	BP, 다임러크라이슬러
	- 부생수소, 메탄올 수증기 개질, 대체에너지    (풍력․태양광․지열․수력 등)를 활용한 수소    충전소 개발 및 FC버스 실증실험	BP, 쉘 hydrogen,  다임러크라이슬러

[표-4] 국내 주요 수소기술개발 국책프로젝트

프로젝트	연구기간	투자금액	비고
고효율 수소에너지 제조․저장․이용기술개발사업단	2004년~2013년 (10년)	1,114억원 (政949+民165)	21세기프론티어사업 (과학기술부)
원자력수소사업추진단	2004년~2019년 (15년)	9,860억원	미래형원자로개발사업 (과학기술부)
수소․연료전지사업단	2004년~2008년 (5년)	1,500억원	차세대10대성장동력 (산업자원부)
미래형자동차사업단	2004년~2013년 (10년)	6,400억원 (政3,200+民3,200)	차세대10대성장동력 (산업자원부)

[표-5] 수소․연료전지사업단 수소충전소 도입목표

	2005년	2008년	2012년	2020년	2030년	2040년
수소자동차	승용 10대	승용 1천대 버스 1백대	승용 1만대 버스 5천대	150만대	300만대	900만대
수소충전소	1개소	10개소	50개소	1,700개소	3,400개소	10,000개소

[2006.05] 서울경제 파퓰러사이언스 양철승 기자 csyang@sed.co.kr

출처 : 수소경제 [Hydrogen Economy]

글쓴이 : 둥근해가떡썹니다 원글보기

메모 :