왜 수소 인가?
수소경제의 성장은 현대 에너지 산업의 변화를 반영하고 있다. 전통적으로 전기는 소비에 맞게 생산되는 방식으로 운영되었지만, 전기 저장의 어려움은 ESS(Energy Storage System) 기술의 발전으로 해결되고 있다. ESS는 에너지 저장 및 관리의 필수 요소로, 특히 신재생 에너지의 발전과 함께 그 중요성이 더욱 커지고 있다.
에너지 생산의 중심은 화석연료에서 신재생 에너지(풍력, 태양광 등)로 이동하고 있다. 이는 특정 시간과 장소에서만 생산이 가능한 신재생 에너지의 특성 때문에 전력의 운송과 저장이 필수적이게 되었다. 이러한 변환은 수소경제의 중요성을 부각시키고 있으며, 수소는 에너지를 저장하고 운송하는 효율적인 방법으로 주목받고 있다.
수소 생산 방법의 중요성
수소를 생산하는 다양한 방법 중, 수전해 방식이 특히 중요하다. 이는 이산화탄소 배출량을 최소화하기 때문이다. 수소는 이산화탄소 배출 여부에 따라 그레이 수소, 블루 수소, 그린 수소로 분류된다. 그레이 수소는 화석연료에서 생산되며, 블루 수소는 화석연료를 기반으로 CCUS(탄소 포집, 활용, 저장) 기술을 활용해 생산된다. 그린 수소는 신재생 에너지를 사용한 수전해 방식으로 생산된다.
수소는 어떻게 생산되는가?
| 수소생산(upstream) | 저장 (midstream) |
운송 (midstream) |
수소활용(downstream) | ||
| 신재생에너지 | > 전기분해 > | 수소저장 고압기체(단거리), 액상(장거리) |
액화수소 | > 가스화 > | 연료전지, 발전시설 |
| 화석연료 | > 부생수소 > | LOHC | > 탈수소화 > |
수소 생산(upstream)은 주로 부생수소, 천연가스 추출, 수전해 방식을 통해 이루어진다. 수전해 방식은 물을 전해질을 이용해 수소와 산소로 분해하는 기술로, 알카라인(Alkaline), 고분자 전해질막(PEM), 고체산화물(SOEC) 수전해로 구분된다. 현재는 알카라인 수전해 공법에서 PEM, SOEC 공법으로 기술이 발전하고 있다.
수소의 저장과 운송(midstream)은 기체와 액체의 형대로 이루어진다. 기체 수소는 배관이나 트레일러로, 액체 수소는 탱크로리로 운송이 가능하다. 액체 수소는 다시 액화와 액상 형태로 구분되며, 이는 수소의 상태와 도달 거리에 따라 선박, 트럭, 파이프라인 등 다양한 방법으로 운송된다. 수소의 운송은 LNG와 유사하지만, 운송비용의 절감이 생산비용보다 더 어렵다는 특징이 있다.
수소가 각광받는 이유
수소는 주로 수소 충전소와 수소연료전지에서 활용된다. 수소 충전소는 외부에서 수소를 조달하는 off site 방식과 현지에서 수소를 생산하는 on site 방식으로 나뉜다. off site 방식은 압축기, 저장장치, 냉각기, 디스펜서로 구성되며, on site 방식은 가스 추출기, 압축기, 저장장치, 냉각기, 디스펜서로 구성된다.
수소연료전지는 신재생 에너지의 확대와 함께 필연적으로 중요한 기술이다. 연료전지는 전해질의 종류에 따라 PAFC, MCFC, SOFC 등으로 구분되며, 이는 다양한 에너지 저장 및 발전에 활용될 수 있다. 특히, ESS 기술과 함께 연료전지는 에너지의 효율적인 저장과 활용을 가능하게 한다.
수소경제는 전통적인 화석연료 기반의 에너지 생산에서 신재생 에너지 중심으로의 전환을 촉진하며, 에너지 저장 및 운송의 중요한 해결책을 제공한다. 수소 생산, 저장, 운송, 활용의 전 과정에서 다양한 기술과 방법이 활용되며, 이는 에너지 산업의 지속 가능한 발전을 위한 필수 요소이다. 수소경제의 성장은 에너지 효율성, 환경 지속 가능성, 경제성 등 다양한 측면에서 긍정적인 영향을 미칠 것이다.