수소 에너지의 활용, 그리고 화석 연료를 대체하는 이유

화석 연료를 대체하기 위해 수소를 사용한다고 한다. 그러나 수소도 결국 화석 연료를 이용해 합성하는 것 아닌가? 수소 에너지가 무엇이고 어떻게 활용하는지 알아보도록 하자.

 

수소 에너지

수소는 원소기호로 H이고 두 쌍이 분자를 이뤄 존재한다. 그러나 순수한 수소 분자는 항상 기체 상태로 존재하며 ((끓는점이 섭씨 -253도 이기 때문에 일반적인 경우에는 기체 상태로 존재한다.) 너무나 가벼워서 행성이 형성될 시기에 지구의 중력을 벗어나 대부분 우주로 날아가 버렸다. 따라서 많은 양의 수소가 다른 원소와 결합한 형태로 지구에 존재하기에 추출해서 사용한다.

 

대표적으로 수소를 포함하고 있는 물질은 물(H2O), 암모니아(NH3), 메탄(CH4)이다. 수소의 동위 원소로 경수소, 중수소, 삼중수소가 있으나 폭발물이나 핵융합에 주로 사용되기에 신재생에너지를 언급할 때에는 논외로 한다.

 

그레이수소

가장 일반적인 생산 방식으로 공급되는 수소이다. 메탄 천연가스를 고온에서 수증기와 반응시켜 수소와 이산화탄소를 생산한다. 전 세계적으로 설비된 산업 시설에서 생산되고 있으나 수소 1kg당 5kg 이상의 이산화탄소가 발생해 온난화를 부추기고 있다. 그런데도 왜 수소를 친환경 에너지로 생각하고 있는 것일까?

 

그 이유는 풍부한 자원을 보유하고 있다는 점과 수소가 갖는 특성이 화석 연료를 대체하기에 적합하기 때문이다. 바다에 가면 무엇이 보이는가? 파도치는 수소 자원들이 보일 것이다. 물은 지구 면적의 약 70%를 이루고 있기에 고갈될 염려가 없다. 더 나아가 수소는 산소와 만났을 때 전기를 발생시키며 물로 결합하는 성질을 갖고 있다. 화석 연료로 다양한 화합물들을 만들어 내기도 하지만 발전기를 돌려 전기도 생산하고 있는 것을 생각할 때 수소는 더할 나위 없이 적합한 대체 에너지원으로 볼 수 있다. 이 밖에도 다양한 이유와 특성이 있으나 다음 포스팅에 기술하기로 한다.

 

수소 에너지의 활용

수소가 무엇이고, 왜 수소를 친환경 에너지로 부르는지 알았다면 어디에 활용될 수 있는지 쉽게 이해할 수 있다. 결론을 말하자면 화석 연료로 가동되는 대부분의 산업과 제품에서 이용될 수 있다. 뿐만아니라 전기로 구동되는 모든 전자기기에도 적용될 수 있다. 위에서 언급한 ‘산소와 수소가 만나 전기를 만드는 특성’을 활용한 것이 수소 연료전지이다. 연료전지는 수소와 산소의 자발적인 결합(이 둘이 만나 물이 되는 과정)을 촉진하는 촉매와 분리막, 전극 등으로 이루어진 반응기이다. 이 반응기에서 수소와 산소가 반응하고 얻어지는 전기를 배터리에 저장하여 수소차를 구동하거나 비행기, 선박을 띄우는데 활용한다.

 

얼핏 보면 복잡하고 비효율적으로 보일 수 있으나, 화석 연료를 활용한 구동계보다 적은 부품과 저항, 에너지손실로 작동하여 훨씬 더 경제적이라고 볼 수 있다. 다만 현재까지는 그레이수소를 활용하고 있기 때문에 친환경적인 수소 생산기술이 발달하여 공급 수소 단가가 낮아져야 할 필요가 있다. 연료 전지의 자세한 작동 원리나, 수소의 생산 방법에 따라 다른 이름이 붙는 수소에 대해 다음 포스팅에서 다뤄보겠다.