[다가온 수소사회] 에너지 패러다임의 전환, 수소사회로 가는 세계

화석 연료의 무분별한 사용으로 해마다 지구의 평균 온도가 높아지고 있다. 최근 기상청과 환경부가 공동조사를 통해 발간한 ‘한국 기후변화 평가 보고서 2020’은 온실가스 배출이 지금과 같은 수준을 유지한다면 우리나라의 21세기 말 대기 온도는 현재보다 2.9도에서 4.7도가 증가할 것이라고 예측했다.

지구온난화의 심각성을 인지하고 있는 건 우리나라뿐만이 아니다. 2015년 12월 파리에서 열린 21차 유엔 기후변화협정에서 전 세계 195개국은 지구의 평균온도가 상승하지 않도록 온실가스 배출량을 단계적으로 감축하는 내용에 합의했고, 이를 이행하기 위해 많은 국가가 탄소에너지를 대체할 친환경에너지 발굴에 노력하고 있다. 그중 주목받고 있는 것이 바로 수소에너지다. 사용 과정에서 순수한 물만 배출하고, 무한 자원이기 때문이다.

전 세계가 주목하는 친환경에너지는 크게 두 가지다. 태양광, 풍력 등 자연의 힘을 이용해 전기를 생산하는 신재생에너지와 수소에 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는 수소에너지다. 이중에서도 수소는 우주 분자의 90% 이상을 차지하는 무한한 물질이기 때문에 필요에 따라 얼마든지 생산이 가능하다. 또한 사용 후에 순수한 물만 배출해 친환경적이며 액체나 고압 기체로 저장이 가능하고, 쉽게 운송할 수 있다는 이점도 있다. 자연환경 조건에 따라 전기 생산량이 달라져 에너지 공급 측면에서 안정성이 부족한 신재생에너지의 단점을 보완해준다는 점도 수소의 빼놓을 수 없는 장점이다.

수소위원회에 따르면 2050년 경 전 세계 수소 소비량은 약 5억 4,600만 톤으로 증가한다. 이는 132억 6,000만 배럴의 석유를 대체하는 규모로, 에너지로 환산하면 약 78EJ에 달한다. 전 세계 에너지 수요의 약 18%를 수소에너지가 담당하게 되는 것으로 탄소에너지 중심의 사회가 점차 수소에너지 중심의 사회로 변하게 될 것이라는 사실을 예측할 수 있다.

현재 대부분의 수소는 탄소와 수소로 구성된 천연가스에서 수소를 추출하는 천연가스 개질 방식으로 생산된다. 세계 최대 수소 생산국인 중국이 주로 천연가스 개질 방식으로 수소를 생산하고 있다. 이 방식은 생산 비용이 저렴하지만 온실가스가 배출된다. 따라서 전 세계 다양한 국가들이 생산 과정에서 온실가스 배출이 없는 ‘그린 수소’ 생산에 투자하고 있다.

대표적인 그린 수소 생산법은 신재생에너지를 활용한 수전해 수소 생산법이다. 태양광, 풍력 등으로 생산한 전력으로 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 방식이다. 호주, 독일, 프랑스 등이 이런 방식을 도입 중인데, 특히 호주는 대륙 서쪽에 거대하게 펼쳐진 필바라 사막에 태양광 패널을 설치하고, 여기서 생산된 전기에너지를 활용하는 수전해 수소 생산 설비를 대규모로 건설하고 있다.

미국은 플라스틱, 폐휴지 등의 자원을 재활용해 수소를 생산하는 시설을 세계 최대 규모로 구축하고 있다. 재활용 종이와 플라스틱을 고온(섭씨 3,870도)으로 가열한 뒤 얻은 바이오가스에서 수소를 추출하는 방식이다. 이처럼 바이오매스를 원료로 수소를 생산할 경우 생산 비용이 저렴하고 온실가스 배출량도 적다는 장점이 있다. 또한 버려질 폐기물을 활용하기 때문에 쓰레기 매립으로 발생할 수 있는 환경오염을 줄일 수 있다. 이외에도 우리나라를 비롯한 미국, 일본, 독일 등의 국가에선 미생물을 이용한 친환경 수소 생산 연구를 진행하고 있다.

수소에너지는 발전, 건물 에너지, 산업 에너지 등 다양한 분야에서 활용되지만, 가장 주목받는 분야는 모빌리티다. 수소전기차(수소차)의 활성화가 수소사회 진입을 앞당길 촉매제 역할을 할 것으로 기대하고 있기 때문이다. 수소차가 도로 위를 달리기 위해서는 수소로 전기를 생산하는 연료전지 시스템 관련 기술이 발전을 해야 하고, 곳곳에 수소충전소가 구축되어야 하며 수소충전소까지 수소를 옮길 운송 인프라도 필요하다. 즉, 수소차가 활성화된 국가나 도시일수록 수소 산업 인프라가 잘 갖춰져 있고, 그만큼 수소사회에 더 가까이 와있다고 볼 수 있는 것이다.

주요 선진국들은 수소차 보급 계획을 세우고 이를 빠르게 실행 중이다. 미국, 독일, 중국, 일본 등이 오는 2030년까지 수소차 90~180만 대를 보급하고 수소충전소를 1,000개소 규모로 늘릴 예정이다. 이를 위해 대부분 수소차 구매 금액을 보조하거나 세금을 줄여주고, 수소충전소 구축에도 공적자금을 투입하고 있다.

우리 정부 역시 수소사회로 진입하기 위한 계획을 실행 중이다. 우리나라는 현대차가 세계 최초로 수소전기차를 양산하고, 상용차에도 연료전지 시스템을 적용해 생산하는 등 수소 활용 기술 분야에서 앞서고 있다. 정부는 수소차 분야의 시장을 활성화하기 위해 수소차 보급뿐만 아니라 수소 생산량을 늘려 공급 가액을 낮추는 등 다양한 비전을 제시하고 있다. 또, 이런 목표를 적극적으로 추진하기 위해 지난 7월 1일 수소 경제 위원회를 출범했다.

수소 경제 위원회는 경남과 호남, 중부, 강원 등 4곳에는 중규모 수소 생산기지를 설치하고 전국 곳곳에 소규모 수소 생산기지 40곳을 추가로 구축하겠다는 계획을 발표했다. 또한 수소 모빌리티, 연료전지, 액화 수소, 수소충전소, 수소 생산을 위한 수전해 설비 등 수소 경제에 필수적인 5대 분야에서 소재, 부품, 장비 개발을 추진해 2030년까지 수소 전문기업을 육성할 예정이다.

전 세계가 수소사회로 진입하기 위해 노력하는 이유는 수소에너지가 환경을 보존하며, 지속적인 성장을 이끌어 낼 친환경적이고 효과적인 에너지이기 때문이다. 맥킨지가 발표한 보고서에 따르면 2050년경 세계는 수소사회 진입 효과로 연간 60억 톤의 온실가스 배출량을 줄일 수 있을 것으로 예상된다. 게다가 수소 생태계라는 2.5조 달러 규모의 새로운 시장이 창출되고 전 세계적으로 약 3,000만 개에 달하는 새로운 일자리가 생길 것으로 보고 있다. 수소사회로의 진입이 전 세계의 새로운 성장 동력이 되는 셈이다.

수소에너지는 생산부터 저장, 운반, 활용 등 각 분야에 걸쳐 전 세계 곳곳에서 투자와 연구개발을 진행하며 빠르게 성장하고 있다. 이는 세계가 친환경 에너지 패러다임으로 전환을 하고 있으며, 환경 오염 걱정이 없는 친환경 사회에 점차 가까워지고 있음을 의미한다.