수소에너지 이산화탄소에 안녕을 고하다
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수소에너지 이산화탄소에 안녕을 고하다
  • 강재승 기자
  • 승인 2009.03.30 00:00
  • 댓글 0
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우리나라는 총 발전량의 약 40%를 화력발전으로 생산하고 있다. 그뿐만 아니라 공장과 자동차, 가정 등에서 엄청난 양의 화석연료를 사용한다. 화석연료는 연소하는 과정에서 이산화탄소를 배출해 지구온난화의 원인이 된다. 이런 악영향이 없으면서 효율도 높아 주목받는 에너지가 있으니 바로 수소 에너지다. 이산화탄소에서 자유로운 에너지, 수소에너지에 대해 알아본다

 

수소, 에너지 문제의 해답이 될 것인가
 새로운 에너지로 주목받는 수소 에너지는 수소와 산소를 결합해 얻는 에너지를 말한다. 어떤 과정을 거치든 수소와 산소의 결합으로는 물밖에 생성되지 않으므로, 이산화탄소 배출을 통한 지구온난화를 걱정하지 않아도 된다. 또한, 화석연료처럼 불완전 연소해 일산화탄소를 배출하는 등 환경오염을 일으키지 않는다.

수소는 어떻게 만들어지는가
 수소를 만드는 방법은 크게 둘로 나눌 수 있다. 하나는 화석연료를 분해해 수소를 생산하는 방법이고, 다른 하나는 물에서 수소를 생산하는 방법이다. 두 방식 모두 화석연료나 물 등 수소의 원천에 에너지를 가해 수소를 만든다. 화석연료로는 주로 천연가스, 석탄, 메탄올 등을 이용하며, 인화성이 강하므로 열분해를 통해 수소를 얻는다. 화석연료를 물과 함께 가열해 수소와 이산화탄소로 분해하는데, 이를 리포밍(Reforming)이라 한다. 현재 수소는 대부분 화석연료의 리포밍을 통해 만든다. 물을 분해하는 데는 주로 풍력, 태양열, 화력, 원자력 등에서 나오는 전기에너지를 사용한다. 그러나, 현재까지는 낮은 효율과 기술적 어려움, 비용 문제 때문에 많이 이루어지지 않는다.
 대용량으로 수소를 만드는 기술은 상용화를 거의 마친 상태로, 기업에서 많이 사용한다. 그러나, 중소형 수소 생산 설비가 상용화되기까지는 시간이 걸릴 것이다.

저장하고 운반해야만 쓸 수 있는 법
수소를 자동차나 가정에서 사용하려면 수소가 만들어지는 곳에서 저장해 운반해야 한다. 수소의 저장 방식에는 크게 세 가지가 있는데, 압축탱크를 이용하는 방법과 화학적 방법, 금속이나 탄소나노튜브에 저장하는 방법이다. 압축탱크 방식은 고압으로 수소를 압축해 탱크에 저장한다. 간편 하고 저렴한 방법이지만, 폭발할 위험이 크다. 하지만 다른 방법은 아직 상용화되지 않아 현재 수소 자동차와 연료전지자동차 대부분은 압축탱크를 사용한다.
 화학적 방법은 수소와 반응하는 물질을 이용하는 것이다. 물질 A가 수소와 반응해 물질 B가 된다 고 가정하자. 천천히 역반응을 일으켜 B를 A와 수소로 되돌릴 수 있다면 수소를 직접 저장하는 대신 B를 저장, 운반할 수 있다. 마지막 방법은 금속이나 탄소나 노튜브 원자 사이의 공간에 수소를 가두는 것으로, 아직은 실험 단계에 그치고 있다.

태울 것인가, 전기를 만들 것인가
 이렇게 만들고, 저장된 수소는 어떻게 이용될까? 수소 자체를 연 료 삼아 연소해 에너지를 얻거나, 연료전지를 만들어 쓸 수 있다. 수소를 직접 연소하는 방법은 쉽고 간단하다는 특징이 있다. 하지만, 수소의 특성상 화석연료처럼 오랫동안 타는 것이 아니라 단시간에 폭발하기 때문에 좋은 효율을 기대하기 어렵다. 따라서 요즘에는 수소와 화석연료를 함께 태워 효율을 증가시키는 형태의 기술도 개발되고 있다.
 연료전지는 수소와 산소가 결합해 물이 되는 반응에서 나오는 에너지를 이용해 전기를 만드는 것이다. 수소 공급이 중단되지 않는다면 지속적인 전기 생산이 가능하며, 효율이 15~20%인 수소 연소 반응보다 높은 40~50%의 효율을 보인다.

수소에너지, 과연 친환경적인가
 현재 기술로 물에서 수소를 얻는 방법은 화석연료를 리포밍하는 방법에 비해 비효율적이다. 따라서 대부분 화석연료를 분해해 수소를 얻는다. 이 과정에서 이산화탄소가 발생하는데, 이는 화석연료 자체를 태우는 것과 다를 바가 없어 결국 환경오염을 유발한다는 비판이 있다. 이에 대해 배중면 KI 청정에너지연구소장은 “이산화탄소를 완전히 배출하지 않을 수 있다면 좋겠지만, 그럴 수 없는데도 불구하고 화석연료를 수소로 전환해 사용하는 데는 이유가 있다. 화석연료를 수소로 만들어 연료전지를 작동하면 화석연료를 직접 연소할 때보다 에너지효율이 더 높기 때문이다. 효율이 높아지면 화석연료를 더 적게 사용하게 되고, 이산화탄소 배출도 적어진다. 따라서 비록 과도기적 기술일 지라도 현재 수소에너지는 친환경적이다”라고 말했다.
 현재 수소에너지가 친환경적인가에 대해서는 의견이 엇갈린다. 하지만, 태양열, 풍력, 조력에너지 등을 이용해 물에서 수소를 얻을 수만 있다면 수소에너지는 이산화 탄소 배출 없는 깨끗한 에너지가 될 것이다. 앞으로 많은 연구가 이루어지고 다양한 기술이 개발되어 수소에너지를 일상 생활 속에서 마음껏 사용하는 날을 기대해 본다.


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